CC BY
547
УДК 622.232.7 В.П. Плотников
ВЫВОД ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ СО ШНЕКОВЫМ, БАРАБАННЫМ ИЛИ КОРОНЧАТЫМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ
Рекомендован порядок вывода формулы для расчета теоретической производительности очистного комбайна со шнековым, барабанным или корончатым исполнительным органом и скорости его подачи при разрушении угольного пласта.
Ключевые слова: очистные комбайны, резание угольных пластов, замена резцов.
ТЪ настоящее время для расчета
-Ж.} производительности очистных комбайнов широко применяется методика, разработанная проф., докт. техн. наук А.В. Топчиевым и проф., докт. техн. наук В.И. Солодом [1]. Эта методика наиболее полно учитывает как особенности современных очистных комбайнов и комплексов, так и организацию выемки угля, и позволяет определять их техническую и эксплуатационную производительности. К сожалению, необходимая для такого расчета максимально возможная скорость подачи комбайна при разрушении угольного массива и теоретическая производительность не может быть определена достаточно просто и точно ни по одной из существующих методик. Это затрудняет планирование производительности комбайна и нагрузки на очистной забой в разных горногеологических условиях, а иногда только при эксплуатации комбайна выясняется, что он не может дать достаточно высокой производительности, чтобы быть конкурентоспособным с другими средствами и способами выемки угля.
Известно, что физико-механи-ческие свойства угля, мощность двигателя, параметры исполнительного органа ком-
байна и горное давление изменяются в широком диапазоне и оказывают большое влияние на скорость комбайна при отбойке угля, т.е. на его теоретическую производительность. Поэтому необходима простая и достаточно точная формула для расчета скорости подачи комбайна в конкретных горногеологических условиях, учитывающая все отмеченные выше факторы.
Анализируя результаты исследований сопротивляемости резанию угольных пластов [2] рекомендуем следующий порядок вывода формулы для расчета теоретической производительности очистного комбайна со шнековым, барабанным или корончатым исполнительным органом и скорости его подачи при разрушении угольного пласта.
Рассчитать суммарную силу резания исполнительного органа комбайна при отбойке угля можно по формуле
N' Л„ед
Т Ppeз =-^-, кН, (1)
* рез
где N - мощность двигателя комбайна, кВт; Т]ред - коэффициент полезного действия редуктора исполнительного органа комбайна; Урез - скорость реза-
ния, м/сек, определяется по технической характеристике комбайна.
Коэффициент полезного действия редуктора комбайна следует рассчитывать по формуле
іред = і! , (2)
где коэффициент полезного действия одного зубчатого зацепления, рекомендуется принимать равным 0,97; г -количество пар зубчатого зацепления, определяется по кинематической схеме комбайна.
Суммарная сила резания на исполнительном органе комбайна может быть определена также по формуле У Р = ЛКпТКВКф К К h п , кН, (3)
рез ОТ В ф.з. а з.р. ср з * * V /
где А - сопротивляемость резанию в неотжатой горным давлением зоне массива угля действующего очистного забоя, кН/м; Кот - коэффициент отжима, учитывающий уменьшение сопротивляемости резанию по ширине захвата исполнительного органа комбайна по сравнению с сопротивляемостью резанию неослабленного горным давлением угольного пласта; Кв - коэффициент, учитывающий изменение силы резания резцами комбайна по сравнению с силой резания стандартным резцом с шириной режущей кромки 20 мм (установка ДКС-2); Кф з - среднее
значение коэффициента формы резания забоя исполнительным органом комбайна; Ка - коэффициент, учитывающий
изменение силы резания резцами комбайна по сравнению с силой резания стандартными резцами установки ДКС -2, имеющим угол резания 50 ; К3 р -
коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления резцов; ^р - средняя глубина резания исполнительного органа комбайна, м;
пз - количество резцов, одновременно
разрушающих пласт угля исполнительным органом комбайна в конкретной вынимаемой мощности пласта.
Решив равенство (3) относительно
^р, найдем зависимость для расчета
средней глубины резания.
У р
Н ==-------------------, м . (4)
ср АК К К, К К п
от в ф.з. а з. р. з
Сопротивляемость угля резанию в неотжатой зоне угольного пласта А следует определять по приложению к работе [2]. Приближенно значение этого показателя можно рассчитать по формуле
А = 150/, (5)
где / - коэффициент крепости угля по шкале проф. М.М. Протодъяконова. Коэффициент Кот в работах [2] и
[1] рекомендуется определять по формуле
в
----с
Кот = К „т. о + т------, (6)
—ъ d т
где Кот - коэффициент отжима, учитывающий уменьшение сопротивляемости резанию на поверхности длинного очистного забоя по сравнению с сопротивляемостью резанию в неослабленной зоне угольного пласта; В -ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; т - вынимаемая мощность угольного пласта, м; с и d -коэффициенты, определенные экспериментально.
Значения Кот о для разных месторождений России определяются по формулам и таблице 5 работы [2]. Для Кузнецкого бассейна при выемке пластов угля марок Г и Д следует принимать
Угол резания, град 50 60 70 80 90
Значение коэффициента К а 1,0 1,17 1,33 1,50 1,67
значение Кот. о = 0,45, а при отбойке угля марок К,Ж,ОС,Т - Кот о = 0,35 .
Значение коэффициента с для большинства угольных месторождений равно 0,1; а значение коэффициента d = 1,0 [2].
Коэффициент Кв на основании результатов исследований, опубликованных в работе [3] можно определить по следующей формуле Кв = 0,35В + 0,3 , (7)
где В - ширина режущей кромки резца, см.
Коэффициент Ка можно определять
по данным, приведенным в таблице.
Для определения значения коэффициента Кз р проанализированы многочисленные работы. Установлено, что сила резания тупыми резцами, рассчитанная по методике, описанной в работах [1] и [2], в 1,2 — 1,6 раза больше силы резания острыми резцами.
Известно также, что причиной замены резцов в исполнительном органе комбайна является не только их затупление. Часто резцы отламываются в кулаках по корпусу или выкрашиваются вставки твердого сплава резцов. Кроме того, машинисты комбайнов не всегда знают, поэтому не руководствуются критериями предельного затупления при замене резцов. Поэтому для расчета средних сил резания исполнительного органа комбайна и его средней производительности при условии периодической замены тупых и поломанных резцов рекомендуется принимать значения коэффициента Кз р в пределах 1,2
- 1,3.
Количество резцов исполнительного органа пз, разрушающих уголь при ра-
боте комбайна в каждый момент времени, можно определить по схеме расположения шнеков в вынимаемой мощности пласта, вычерченной в масштабе.
Максимальную глубину резания для шнековых, барабанных и корончатых исполнительных органов, разрушающий забой серповидной стружкой, следует определять по формуле %
К = - Кр. (8)
Используя вышеуказанные зависимости можно вывести необходимую формулу для расчета этих параметров.
Известно, что скорость подачи очистного комбайна со шнековым, барабанным или корончатым исполнительным органом может быть выражена зависимостью
Vп = Км ' Пш ' П1, м/мин, (9)
где Пш - скорость вращения шнека, об/мин; п - количество резцов в одной линии резания.
Поставим последовательно в формулу (9) значения Км , получим следующую зависимость для расчета максимально возможной скорости очистного комбайна при отбойке угла в конкретных условиях забоя.
1,6№п.„зд .
гг ’ Ш 1 I ред /
Уп = —-------------- -------, м/мин.
П АпзУре3КотКвКфз Ка Кз р
(10)
Используя равенство
60У,
рез
(11)
ил Т-Я-
%■ ДШ
где ДШ - диаметр шнеков,м, формулу (10), целесообразнее представить в следующем виде:
п
у„ ==-
30Nn.fi
ред
Ап3ДшКотКвКфзКа Кз р
(12)
Методика определения, условные обозначения и размерности параметров этой формулы указаны выше.
Последняя формула учитывает мощность двигателя (Ы), диаметр шнеков исполнительного органа ДШ, сопротивляемость угля резанию (А ), отжим угля в забое ( Кот ), параметры резов (Кф з ), параметры, количество и затупление резцов (кв; ка; пз; кз ) и может
применяться для быстрого и достаточно точного расчета скорости подачи комбайна при отбойке угля. После расчета этой скорости теоретическую производительность комбайна следует определить по формуле А.В. Топчиева и В.И. Солода [1].
Q = Уп ■ В ■ т ■ у, м/мин, (13) где Q - теоретическая производительность комбайна; Уп - скорость подачи комбайна при отбойке угля, м/мин; В -ширина захвата комбайна, м; т - вынимаемая мощность пласта угля,м; у -объемный вес угля в массиве, т/м3.
Для определения технической и эксплуатационной производительности комбайна теоретическую производительность
необходимо умножить на коэффициенты технически возможной КТ или эксплуатационной непрерывности работы комбайна Кэ [1].
Следует отметить, что наибольшее влияние на точность расчета по описанной методике оказывают ошибки в определении значений А и Кот .
Кроме того, известно, что максимальная кратковременная мощность электродвигателей может быть значительно больше длительной, поэтому в условиях забоя фактическая скорость подачи комбайна может быть больше рассчитанной по длительной мощности электродвигателя.
Проверочные расчеты, выполненные по описанной методике для условий комбината Южкузбассуголь, показали хорошее совпадение рассчитанных показателей с фактическими. При изменении потребляемой мощности электродвигателя комбайна КШ-1 кГ от 107 до 126 кВт и скорости подачи комбайна от 2,2 до 2,8 м/мин соответственно разница между рассчитанной по формуле (12) скоростью и фактической скоростью не превышала
0,2 м/мин.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Топчиев А.В. Расчет производительности выемочных комплексов и агрегатов. Топчиев А.В., Солод В.И. - М: Госгортехиздат,1966.
2. Классификация по сопротивляемости
резанию углей и угольных пластов основных бассейнов СССР. Краткий научный
отчет. ИГД им. А.А. Скочинского.-М: 1970.
3. Врублевский В.П. Сопротивление горных пород разрушению. -М.:Киев, Техника, 1964.ВШЭ
— Коротко об авторе ---------------------------------------------------------
Плотников В.П.- доцент, кандидат технических наук, СибГИУ, [email protected]
