Устойчивый момент двигателя определяется по зависимости

 

(2.14)

 

где М_мф – максимальный вращающий момент электродвигателя в условиях его питания от реальной шахтной сети, Нм. В первом приближении М_мф =0,72 М_к,

М_к – максимальный вращающий момент электродвигателя в условиях его питания номинальным напряжением, Нм;

К_упр – коэффициент управления, учитывающий качество управления по поддержанию нагрузки на заданном уровне. Принимается при автоматическом управлении 0,9, а при «ручном» – 0,8;

К_нч =1,1…1,5– коэффициент, учитывающий отношение амплитуды низкочастотной слагающей максимальной нагрузки и среднему ее значению;

К_вч = 0,3…0,4 – коэффициент, учитывающий отношение амплитуды высокочастотной слагающей нагрузки к максимальному значению низкочастотной составляющей;

К_д – коэффициент выравнивания высокочастотной слагающей нагрузки. К_д = 0,1…0,3 – для однодвигательного привода; К_д = 0,5…0,8 – для двухдвигательного привода исполнительного органа.

 

При двухдвигательном приводе полученное значение устойчивого момента одного двигателя следует умножить на коэффициент 1,9, учитывающий возможное несовпадение механических характеристик двигателей.

Численные значения ограничивающих параметров приводятся в виде соответствующих линий.

Рациональные значения скорости подачи V_прац и скорости резания V_ррац определяют исходя из условия обеспечения максимальной эксплуатационной производительности (Q_э → max) при минимальных удельных энергозатратах (W → min) с учетом всех рассмотренных ограничений. Так, например, согласно данным рассматриваемого числового примера (см. рис.2.1), в качестве рациональной принимается скорость подачи V_прац = V_пкр =3,75 м/мин. Выбранный режим работы комбайна следует выделить.

С учетом полученного значения подачи определяется величина сменной эксплуатационной производительности комбайна

 

 

,

 

где Т_см – продолжительность смены, ч;

t_пз = 2(0,15…0,25) – затраты времени на подготовительно-заключительные операции, ч.

 

В заключении работы формулируется соответствующий вывод.

 

3 МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМБАЙНА С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРА

 

3.1 Общие положення

 

Для более точного, чем изложено в разделе 2, построения графика энергетической характеристики очистного комбайна, представляющего собой отрезок прямой Р = a_i + b_i V_п, необходимо расчетным путем с использованием ЭВМ определить значения мощности электродвигателя (или электродвигателей) подсистемы привода исполнительных органов для двух произвольно принятых значений скорости перемещения V_пм и V_пб (например, можно принять V_пм = 2 м/мин и V_пб = 5 м/мин). При этом учитывается, что

 

Р = Р_рез + Р_погр + Р_под, (3.1)

 

где Р_рез – мощность на резание;

Р_погр – мощность на погрузку;

Р_под – мощность на подачу (перемещение).

Для комбайнов с вынесенной системой подачи или с отдельным приводом подачи Р = Р_рез + Р_погр, а для комбайнов, используемых на пластах крутого падения, - Р=Р_рез.

В случае, если конструкция комбайна предусматривает возможность получения двух скоростей вращения исполнительных органов и соответственно двух скоростей резания, расчет следует произвести для обоих исполнений машины.

Значения коэффициентов а_i и b_i для i - й скорости резания определяются по выражениям:

 

;

 

где Р_бi, P_мi – значения нагрузки электродвигателя комбайна, полученные по выражению (3.1) для i – й угловой скорости вращения соответственно при скоростях перемещения V_пб и V_пм.

 

3.2 Определение мощности электродвигателя комбайна, обеспечивающей процесс резания и погрузки угля

 

Определение слагаемых Р_рез и Р_погр для построения энергетической характеристики при двух значениях скорости подачи производится на ЭВМ с использованием программы вычислений NAGROST. Прикладная программа NAGROST разработана на кафедре «Горные машины» ДонНТУ под руководством проф. д.т.н. Гуляева В.Г. и проф., д.т.н. Горбатова П.А. для автоматизации вычислений нагрузки на шнековых исполнительных органах очистных комбайнов. Алгоритм вычислений базируется на материалах руководящего нормативного документа КД 12.10.040-99 [18], который в свою очередь основан на отраслевом стандарте ОСТ 12.44.258-84 [14].

Программа NAGROST работает в среде MS-DOS и позволяет определить значения проекций главного вектора и главного момента сил, действующих на шнековые исполнительные органы очистного комбайна, в каждом из n положений органов по углу поворота (n <73), а также усредненные значения указанных параметров за один оборот шнека и мощность электродвигателя. Для удобства пользования программой разработана библиотека исходных данных, соответствующая основным типам исполнительных органов.

Как правило, очистные комбайны имеют два шнековых исполнительных органа. При этом P_рез = P_рез1 + Р_рез2 и P_погр = P_погр1 + Р_погр2, где индексы 1 и 2 соответствуют первому (опережающему) и второму (отстающему) органу. В таблице 3.1 приведены данные для основных типов исполнительных органов очистных комбайнов, оснащенных резцами ЗР4-80.

Перед началом работы с программой следует создать каталог, в который скопировать исполняемый файл rasch.exe, а также файлы с исходными данными шнеков (табл. 3.1). Расчеты целесообразно проводить в такой последовательности: сначала для опережающего шнека при скоростях подачи V_пб и V_пм, а затем повторить те же расчеты для отстающего шнека.

 

 

Таблица 3.1 – Основные параметры шнековых исполнительных органов.

Название файла с параметрами шнеков	Диаметр, м	Ширина захвата, м	Кол-во резцов в линии резания	Применяемость на очистных комбайнах
63_80_1	0,63	0,8		К103М
71_80_1	0,71	0,8		К103М, 1К101У
80_80_1	0,80	0,8		К103М, 1К101У
80_80_2	0,80	0,8		К103М, 1К101У
80_63_2	0,80	0,63		1К101У
100_63_2	1,0	0,63		РКУ-10
112_63_2	1,12	0,63		РКУ-10, 1ГШ68
125_63_2	1,25	0,63		РКУ-10,1ГШ68,РКУ13
140_63_2	1,40	0,63		1ГШ68, РКУ13

 

Для начала работы с программой следует запустить файл rasch.exe. Программа предлагает выбрать название варианта расчета (можно нажать клавишу ENTER) и выбрать способ ввода параметров шнека. Следует выбрать опцию 1 и после запроса программы ввести название файла из таблицы 3.1 (например, 63_80_1).

На предложение «Наберите номер нужного Вам режима» сначала следует выбрать опцию 2 (ввод с клавиатуры). В дальнейшем при расчете удобнее вводить исходные данные из файла (опция 1), который создается программой при ее выполнении, предварительно изменив, например, с помощью встроенного редактора Dos Navigator значение скорости подачи, коэффициента ослабления и др. параметров. По запросу программы вводятся следующие исходные данные, см. табл.3.2.

Коэффициент сопротивления пласта (п.3 табл. 3.2) причем меньшие значения принимаются для пластов высокой сопротивляемости резанию. Так как диапазон изменения сопротивляемости пластов резанию составляет примерно А_р = 35…360 Н/мм, для определения можно рекомендовать зависимость

 

(3.2)

 

Значение показателя степени хрупкости угля Е принимается с учетом следующих предельных значений: вязкие угли Е = 1,3…2,1; хрупкие угли Е = 2,1…3,5; весьма хрупкие угли Е = 3,5…8,4.

К.п.д. редуктора привода исполнительного органа (п.8 табл. 3.2) определяется по формуле

(3.3)

 

 

Таблица 3.2 - Исходные данные для расчета

№	Наименование и размерность	Значение
	Сопротивляемость пласта резанию, Н/мм	См. задание
	Мощность пласта, м	См. задание
	Коэффициент сопротивления резанию	См. формулу (3.2)
	Коэффициент способности угля к измельчению	Вводится значение 0
	Коэффициент степени хрупкости	См. пояснение ниже
	Скорость подачи комбайна, м/мин	Произвольное значение Vпб (Vпм)
	Направление движения комбайна	1 (слева направо)
	К.п.д. редуктора привода шнека	См. формулу (3.3)
	Расстояние между опорами вала, м
	Расстояние от крайней линии резания…	0.5
	Число расчетных положений шнека
	Частота вращения шнека, об/мин	См. табл.П-1
	Направление вращения шнека	См. пояснения ниже
	Схема расположения шнека	1- у почвы, 2 –у кровли
	Тип шнека	1- опережающий, 2- отстающий
	Коэффициент ослабления массива	См. пояснения ниже
	Наличие погрузочного щитка	1-нет, 2- есть
	Наличие подпора погружаемого угля	1-нет, 2- есть (для опережающего шнека комбайна К103М)
	Высота погрузки, м	См. формулу (3.4)

 

где z_п – количество зубчатых передач в кинематической цепи от электродвигателя до исполнительного органа, которое определяется по кинематической схеме комбайна.

Направление вращение исполнительного органа (п.13 табл. 3.2) следует принимать в соответствии с рис. П-1 (см. Приложение). При вращении органа по ходу часовой стрелки вводится значение 1 (шнек правый), в противном случае – 2 (шнек левый).

Коэффициент ослабления (п. 16 табл. 3.2) для опережающего шнека принимается равным 1, за исключением специальных случаев (например, при нагнетании воды в угольный пласт коэффициент ослабления принимается равным 0,8…0,9). Для отстающего шнека значение коэффициента ослабления К_ос зависит от схемы разрушения. В случае, если массив ослаблен впереди идущим верхним органом, при движении резцов в зоне резания от почвы к кровле К_ос = 0,72…0,77, а при движении резцов от кровли к почве – 0,85…0,9. Схемы разрушения пласта для основных типов очистных комбайнов приведены в Приложении на рис. П-1.

Высота погрузки (п. 20 табл. 3.2) принимается 0 при погрузке с уступа, равного высоте конвейера или большего его высоты (характерно для опережающих исполнительных органов). Для остальных случаев высота погрузки

 

H_погр= H_p – D – h_конв, (3.4)

 

где H_p – мощность пласта,

D – диаметр шнека,

h_конв – высота рештачного става конвейера со стороны погрузки, значение которой приведены в [13].

После ввода всех параметров программа предлагает сохранить введенные параметры путем записи в текущий каталог. Целесообразно выбрать опцию 1 и после запроса ввести сначала наименование блока параметров (например, КОМБАЙН РКУ), а затем имя файла с исходными данными (например, input1).

Программа производит вычисления и запрашивает режим выдачи результатов. Целесообразно выбрать опцию 2 (запись результатов на диск) и после запроса ввести имя файла с результатами (например, rez1). На запрос «Для оформления приложения к расчету нажмите клавишу с буквой r, для выхода из программы – букву q » следует выбрать выход из программы, так как приложение содержит данные об изменении нагрузки за оборот шнека, которые не используются при построении энергетической характеристики.

Используя средства DOS Navigator или другой аналогичной оболочки, следует просмотреть файлы с исходными данными и результатами расчетов и, если в исходных данных ошибок нет, вывести их на печать. Для дальнейших расчетов используются полученные значения мощности на резание и погрузку, а также математическое ожидание (с учетом знака) горизонтальной составляющей R_b усилия, действующего на шнек.

После этого следует изменить в созданном программой файле исходных данных (например, в файле input1) значение скорости подачи, повторить расчет и напечатать его результаты.

Для расчета мощности и нагрузки на отстающем шнеке следует в файле исходных данных изменить параметры, соответствующие пунктам 8 (для комбайна 1К101У), 13 (для всех комбайнов кроме 1К101У), 14 - 17, 19, 20. Как уже отмечалось, и для отстающего шнека расчеты выполняются для двух принятых значений скорости подачи.

 

3.3 Определение мощности электродвигателя, обеспечивающей процесс перемещения комбайна.

 

В процессе перемещения очистного комбайна необходимо преодолевать следующие усилия, действующие в направлении подачи:

- усилия подачи на исполнительных органах Y_п = - (R_b1+ R_b2),

где R_b1, R_b2 – значения математического ожидания горизонтальных (в направлении перемещения) составляющих усилий соответственно на опережающем и отстающем органе, полученные в результате вычислений по программе NAGROST;

- составляющую собственного веса машины G,

- трение машины о раму конвейера (почву пласта),

- неровности пути (стык рештаков конвейера и т.д.).

Необходимое тяговое усилие определяется по зависимости

Y = K_f [ G(fcosa_п sina_п) + Y_п ], Н, (3.5)

 

где a_п - угол падения пласта,

f - коэффициент трения, (0,18…0,25 при движении по рештакам конвейера, 0,3…0,4 – при движении по почве);

K_f - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления (1,3…1,5).

Для рассматриваемой задачи в формуле (3.5) следует принимать знак +, соответствующий движению комбайна снизу-вверх.

Мощность электродвигателя, обеспечивающая процесс перемещения комбайна определяется по выражению:

 

(3.6)

 

где h_мп – к.п.д. механизма перемещения, ориентировочно можно принимать h_мп =0,7.

Как уже отмечалось, расчет по формулам (3.5) и (3.6) следует выполнить для двух принятых значений скорости перемещения комбайна V_пб и V_пм.

 

4 ВОПРОСЫДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ

 

1. Назначение и классификация горных машин.

2. Условия эксплуатации и требования, предъявляемые к горным машинам.

3. Назначение и классификация выемочных машин.

4. Физико-механические свойства горных пород.

5. Рабочий инструмент выемочных машин (требования, классификация).

6. Рабочий инструмент выемочных машин (элементы и параметры).

7. Процесс разрушения горных пород рабочим инструментом.

8. Параметры и виды резания горных пород рабочим инструментом.

9. Усилия, действующие на резец очистного комбайна.

10. Исполнительные органы выемочных машин (назначение, требования, классификация).

11. Баровые органы (конструкция, принцип действия, основные параметры).

12. Барабанные органы (конструкция, принцип действия, основные параметры).

13. Шнековые органы (конструкция, принцип действия, основные параметры).

14. Буровые (роторные) органы (конструкция, принцип действия, основные параметры).

15. Корончатые (фрезерные) органы (конструкция, принцип действия, основные параметры).

16. Струговые органы (конструкция, принцип действия, основные параметры).

17. Усилия, действующие на орган очистного комбайна.

18. Погрузочные устройства и органы выемочных машин (назначение, требование, классификация, основные конструктивные типы).

19. Передаточные механизмы выемочных машин (назначение, требования, классификация, основные конструктивные типы).

20. Силовое оборудование выемочных машин (назначение, требования, классификация).

21. Классификация и конструкции электродвигателей.

22. Режимы работы электродвигателей выемочных машин и их тепловая характеристика.

23. Устойчивый момент электродвигателей выемочных машин.

24. Механизмы перемещения выемочных машин (назначение, требования, классификация).

25. Способы перемещения выемочных машин.

26. Структурная схема механизма перемещения и принципы регулирования скорости подачи.

27. Расчет необходимого тягового усилия очистного комбайна.

28. Очистные комбайны (назначение, требования, классификация).

29. Структурно-компоновочные схемы очистных комбайнов.

30. Технологические схемы работы очистных комбайнов.

31. Расчет нагрузки на двигатель комбайна.

32. Производительность очистных комбайнов.

33. Выбор рационального режима работы очистного комбайна.

34. Струговые установки (назначение, требования, классификация).

35. Структурно-компоновочные схемы струговых установок.

36. Производительность струговых установок и особенности выбора рационального режима их работы.

37. Проходческие комбайны (назначение, требования, классификация).

38. Структурно-компоновочные схемы проходческих комбайнов.

39. Производительность проходческих комбайнов.

40. Механизированные крепи (назначение, требования, классификация).

41. Структурно-компоновочные схемы секций механизированных крепей.

42. Рабочая характеристика гидростойки секции механизированной крепи.

43. Основные параметры механизированных крепей.

44. Выбор типа механизированной крепи для заданных условий.

45. Рабочие жидкости и насосные станции механизированных крепей.

46. Механизированные крепи сопряжений лав и подготовительных выработок (назначение, требования, структурно-компоновочные схемы).

47. Очистные механизированные комплексы (назначение, состав, требования).

48. Очистные агрегаты для пологого падения (назначение, требование, особенности конструкции и работы).

49. Очистные агрегаты для крутого падения (структурно-компоновочная схема, принцип работы).

50. Бурильные машины и установки (назначение, требования, классификация).

51. Бурильные машины ударно-поворотного бурения (особенности конструкции, выбор режимных параметров, производительность).

52. Бурильные машины вращательного бурения (особенности конструкции, выбор режимных параметров, производительность).

53. Погрузочные машины (назначение, требования, классификация).

54. Структурно-компоновочные схемы погрузочных машин типа ППН и ПНБ.

55. Погрузочные машины (основные параметры, производительность).

56. Комплексы оборудования для проведения подготовительных горных выработок (назначение, требования, классификация).

57. Структурно-компоновочные схемы комплексов для проведения подготовительных горных выработок.

58. Закладочные машины и комплексы (назначение, требования, классификация, состав оборудования).

59. Показатели надежности горных машин.

60. Система ППР горных машин.

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.И. Горные машины и автоматизированные комплексы: Учеб.-М.:Недра,1981.-503с.

2. Комплексная механизация и автоматизация очистных работ в угольных шахтах /Под общ. ред. В.Ф. Братченко.-М.:Недра,1977.-415с.

3. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. Учеб./Под. общ. ред. Г.В.Малеева.-М.:Недра,1988.-368с.

4. Яцких В.Г., Спектор Л.А., Кучерявый А.Г. Горные машины и комплексы:Учеб.-М.:Недра,1984.-400с.

5. Топорков А.А. Машинист горных выемочных машин.-М.:Недра,1991.-336с.

6. Малевич Н.А. Горно-проходческие машины и комплексы.: Учеб.2-е изд.-М.:Недра,1980.-384с.

7. Машины и оборудование для проведения горизонтальных и наклонных горных выработок /Под общ. ред. Б.Ф.Братченко.-М.:Недра,1975.-414с.

8. Пономаренко Ю.Ф. Насосы и насосные станции механизированных крепей.-М.:Недра,1983.-183.

9. Хорин В.Н. Техника для выемки тонких пластов.-М.:Недра,1984.-216с.

10. Берман В.М., Верескунов В.Н., Цетнарский И.А. Системы гидропривода выемочных и проходческих машин.-М.:Недра,1982.-206с.

11. Лобасов М.П., Катрич А.И., Левин Л.Л. Эксплуатация струговых установок.- К.:Техника,1984.-118с.

12. Широков Ю.И. и др. Крепление сопряжений лав со штреками.-М.:Недра,1987.-192с.

13. Машины и оборудование для угольных шахт: Справочник /Под общ. ред. В.Н.Хорина.-М.:Недра,1987.-424с.

14. ОСТ12.44.258-84. Комбайны. Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах.

15. СПКП. ГОСТы: 4.434-86; 4.435-86; 4.437-86; 4.438-86.

16. Крапивин М.Г. и др. Горные инструменты.- М.: Недра,1990.-256с.

17. Шиповский И.А. Эксплуатация и ремонт оборудования.-М.:Недра,1987.-215с.

18. КД 12.10.040-99 Руководящий нормативный документ Министерства угольной промышленности Украины. Изделия угольного машиностроения. Комбайны очистные. Методика выбора параметров и расчета сил резания и подачи на исполнительных органах.-1999.- с.75

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………3

1. Выбор средств механизации очистных работ…………………………..4

2. Определение рационального режима работы выемочного комбайна…6

3. Методика построения энергетической характеристики комбайна

с помощью компьютера………………………………………………….15

4. Вопросы для самопроверки знаний……………………………………. 20

Список рекомендуемой литературы……………………………………….22

ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………25

 

 

1 В задании указываются колебания этих величин в пределах рассматриваемого очистного забоя.

 

2 В задании могут отсутствовать.