Влияние эффективного коэффициента трения породы о шнек на техническую производительность карьерного комбайна с шнеко-фрезерным рабочим органом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Р.Ю. Подэрни, А.А. Грабский, Д.А. Кузисв, 2007

УДК 622.232(043.3)

Р.Ю. Подэрни, А.А. Грабский, Д.А. Кузиев

ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПОРОДЫ О ШНЕК НА ТЕХНИЧЕСКУЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КАРЬЕРНОГО КОМБАЙНА С ШНЕКО-ФРЕЗЕРНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ

В технической литературе имеются многочисленные сведения о результатах экспериментальных исследований [1] и опытнопромышленных работах по оценке производительности фрезерных комбайнов рис. 1. Однако, как правило, предлагаемые методы расчета производительности не позволяют получить результат, адекватный промышленным данным, особенно для машин с высокими усилиями резания.

Эффективность работы карьерного комбайна зависит от многих взаимосвязанных между собой факторов. Считается, что карьерный комбайн, являясь, машиной непрерывного действия, при отработке породного пласта в общем случае имеет техническую производительность в плотном теле равную:

Пт = 3,6 • 103БЛШ , м3/час (1)

где Б - ширина захвата слоя породы, м; Бт!п < Б < [ Б ], здесь [ Б ] - длина шнеко-фрезерного органа; Л - высота слоя породы, м; Лт!п < Л < [Л ], здесь

[ Л ]- максимально возможная высота слоя, определяемая конструкцией крепления цапф шнеко-фрезерного органа; Ш - скорость движения карьерного комбайна при фрезировании слоя породы, м/с.

Естественно, что выражение (1) хотя и учитывает некоторые конструктивные ([ Б ],[ Л ]) и косвенно энергетические параметры (Ш) комбайна, практически не позволяет установить величину производительности при различных значениях, например, высоты слоя породы - Л, ее прочности-а , установленной мощности силовой установки комбайна, а также приемы работы машиниста-оператора при фрезеровании слоя породы.

В свою очередь, на основе результатов полученных в [2] и [3], нами установлена зависимость энергоемкости выемки слоя породы карьерным комбайном с шнеко-фрезерным органом от его конструктивных и технологических параметров: ю - скорости вращения шнеко-фрезерного органа, (рад/с); О - диаметра окружности режущих кромок шнека (м); Ш - скорости движения карьерного комбайна при фрезировании слоя породы; а -прочности породы, (Па); / - эффективного коэффициента трения породы о шнек; / - отношения нормальной составляющей реакции к её касательной составляющей при фрезеровании забоя, принимаемого равным 0,3 ^ 0,6 (причем большее значение отношения соответствует связным пластичным породам, а меньшее -

Рис. 1. Карьерный комбайн МТБ-250 на разработке пласта Джерой-Сардарннского месторождения фосфоритов

крепким и хрупким); цх,ПШ" КПД механизмов хода и вращения шнека комбайна, соответственно; ро - угла контакта витка шнека со слоем породы в плоскости его вращения, рад; в соответствии с результатами, полученными в [2] равным:

і і 2Ь Ро = аг собі 1 - — |, рад,

(2)

и от безразмерной функции - Л,(ро,у) имеющей вид:

2 2 Мро,у) = собзро — у біпзРо ■

=-

Ро

1 + /у + 2 ^(Ро,У). М_ Пш П

(3)

нм/м3

(4)

Далее, учитывая баланс мощности в приводах карьерного комбайна Пт ■ Н№ = Мш + Мх , а также уравнение (4) после соответствующих алгебраических преобразований имеем выражение для определения технической производительности (в плотном теле):

3,6 р( Мш + Мх)

Пт = ■

1 + У + 2 Л(Рр,у) _

а>—

Пш

; м3/час

здесь Иш,

(5)

установленные мощности приводов вращения шнека и хода карьерного комбайна, соответственно, Вт.

Поскольку карьерный комбайн работает с возможностью одновременно-

О

го бесступенчатого регулирования скоростей вращения шнека - о и его подачи - W (скорости движения комбайна), то машинист-оператор при выемке слоя породы различной высоты - h практически выдерживает безразмерное соотношение в = и const пос-

(oD

тоянным.

Что касается эффективного коэффициента трения породы о шнек, то здесь следует отметить, что для последних лет характерно интенсивное накопление фактов и результатов, относящихся к действию вибрации на различные сложные среды - неоднородные твердые тела, включая различные грунты [4]. При этом, наибольший для практики эксплуатации карьерного комбайна представляет случай, когда под воздействием вибрации в электро-гидромеханической системе привода шнеко-фрезерного органа ее поведение резко изменяется. В свое время, исследуя этот эффект, академик П.А. Ребиндер предложил называть его виброреологическим эффектом. В работе [4] виброреология определена как область механики, в которой изучается изменение под влиянием вибрации реологических свойств тел по отношению к воздействию медленных сил, в то время как «истинные» физические свойства остаются неизменными. Характерной чертой виброреологических констант (модулей упругости, коэффициентов сухого трения, вязкости и т.п.) является их существенная зависимость от вибрации. Следует отметить, что такую характеристику, как эффективный коэффициент сухого трения (как виб-рореологическое понятие впервые введено в работе [В]) нельзя отождествлять с истинным коэффициентом трения Амонтона-Кулона, потому что он существенно зависит от параметров колебаний шнека в плоскости его вращения ( о ±Д о ).

Поделив обе части уравнения (5) на Иш + Их , получим величину удельной технической производительности карьерного комбайна, характеризующую объем породы отрабатываемого пласта в единицу времени приходящегося на один киловатт установленной мощности силовой установки комбайна (без учета установленной мощности конвейеров и вспомогательного оборудования).

Пт

3,6. Po

N0 + N

-_f/+ 2 MPoM

W

a>D

; м3 / час кВт

(6)

Графическая интерпретация зависимости удельной технической производительности (6) для карьерного комбайна MTS - 2В0 фирмы «MAN TAK-RAF» ( D = І,6 м) от высоты фрезеруемого слоя- h для прочности породы Cmin = 25 МПа и Cmax = 50 МПа (фосфоритовое Джерой-Сардаринское месторождение, Республика Узбекистан); при различных значениях эффективного коэффициента трения - f породы о шнек приведены на рис. 2.

Анализ зависимостей приведенных на рис. 2. свидетельствует, что величина удельной технической производительности карьерного комбайна при заданных его конструктивных (W , D) и энергетических ( N0,Nx , цх,цш ) параметрах не линейно зависит не только от технологических ( с , р0 , / , 2(p0,/)), но и от виброреологических (о ±Д о , f) параметров, а также от приемов работы машиниста-оператора при фрезеровании слоя породы.

Известно, что при отработке породного блока (рис. 3) карьерный комбайн выполняет вспомогательные операции: врезку, повороты и развороты с длительностью цикла - Тц составляющего:

высота слоя породы, м

Рис. 2. Зависимость удельной технической производительности -Пту (в плотном теле) от высоты слоя породы- А

т„

3’6’10 3 Г1 + НпвУпв . Ш '] , час (7)

Ь

Ь

здесь £ - коэффициент, учитывающий сокращение длительности цикла за счет совмещения операций во времени; Ипв - радиус поворота (разворота), м; (рпв - угол поворота (разворота), рад; L - длина полосы (продольной или поперечной см. рис. 3), м;

Шп

средняя скорость поворота

(разворота), м/с.

В свою очередь, коэффициент забоя -К3 представляющий собой от-ношение длительности фрезерования слоя породы к длительности цикла с учетом постоянного безразмерного соотноше-2Ш оО

1

ния - в :

определится как:

Кз = -

1

^пвУпв вюО

2Ь '

(8)

Таким образом, забойная производительность составит:

П3 = ^ К3, м3/час

3 3

(9)

где Кр - коэффициент разрыхления

при фрезеровании слоя породы.

На рис. 4 приведена зависимость коэффициента забоя от скорости вращения шнеко-фрезерного органа карьерного комбайна МТБ - 250 при:

Япв = 7,8 м; Фпв = п рад; Шпв = 0,2 м/с; о = 0,68^4,4 рад/с; в = 56,3-10 ; О = 1,6 м; показывающая, что коэффициент забоя в реальном диапазоне скоростей вращения шнекофрезерного органа, существенно зависит только от длины (продольной или поперечной) полосы - Ь слоя породы.

Выводы

Анализ результатов приведенных на рис. 2 и рис. 4 свидетельствует, что:

- техническая производительность карьерного комбайна при заданных его конструктивных (Ш , О) и энергетических (, Их ,г/х ) параметрах не линейно зависит не только от технологических (а , (р0, у , 1(ф0у)), но и от виб-рореологических (о ±Д о , f ) параметров, а также от приемов работы маши-ниста-оператора при фрезеровании слоя породы;

Рис. 3. Принципиальная схема отработки пласта поперечными и продольными полосами карьерным комбайном MTS-250 фирмы «MAN TAKRAF» (фосфоритовое Джерой-Сардаринское месторождение, Республика Узбекистан)

Направление движения комбайна

Рис. 4 Зависисмость коэффициента забоя от скорости вращения шнеко-фрезерного органа.

- забойная производительность в увеличением длины фрезеруемого

реальном диапазоне скоростей вра- слоя породы забойная производи-

щения шнеко-фрезерного органа - тельность увеличивается, а с увеличе-

атіп < а < атах существенно зависит нием скорости вращения шнеко-

только от длины (продольной или по- фрезерН°го оргаНа умеНь0ается.

перечной) полосы - Ь слоя породні. С

1. Медников Н.Н, Сытенков В.Н. Методика расчета производительности роторных экскаваторов и фрезерных комбайнов применительно к технологическим схемам разработки вскрышных пород фосфоритного карьера. Навои НГГИ// Горный вестник Узбекистана №1, 2001. С. 88-91.

2. Горцакалян Л.О., Мурашов М.В., На-жесткин Б.П., Самсонов ЛИ. Сборник задач по теории и расчету торфяных машин. -М.: Недра, 1966.

3. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин. Справочник. - М.:

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Машиностроение, 1984. - 280 с. ил.

4. Блехман И.И. Метод прямого разделения движений в задачах о действии вибрации на нелинейные механические системы. - «Известия АН СССР. Серия Механика твердого тела», 1976, №6, с. 13-27.

5. Блехман И.И., Моласян С. А. Об эффективных коэффициентах трения при взаимодействии упругого тела с вибрирующей поверхностью. - «Известия АН СССР. Серия Механика твердого тела», 1970, №4, с. 4-10. ШИЗ

— Коротко об авторах

Подэрни Р.Ю. - доктор технических наук, профессор, Грабский А.А. - кандидат технических наук, доцент, Кузиев Д.А. - аспирант,

Московский государственный горный университет.