Кузьменко В.И. Горные транспортные машины (теория и расчеты)
Подождите немного. Документ загружается.
11
– влажностью и другими свойствами.
Крупность транспортируемого материала определяется его кусковатос-
тью, которая характеризуется линейными размерами кусков груза, замеряе-
мыми по трем взаимно перпендикулярным направлениям так, чтобы в од-
ном из них размер куска был наибольшим. Этот размер условно называют
длиной куска
a"
(мм).
Если взять пробу груза, выделить из нее группу наибольших кусков, ко-
торые имеют длину от
max
a до
max
a0,8 , и если масса этой группы кусков
окажется менее 10 % массы пробы, то наибольшим типичным будет кусок,
длина которого
maxmax
a8,0a =
′
. Если масса группы наибольших кусков пре-
вышает 10% массы пробы, то типичным считается кусок, длина которого
maxmax
aa =
′
. Насыпные грузы представляют собой разнородный по крупно-
сти материал – от частичек мельче 0,05мм к глыбам размером большее 1м.
Наибольшую крупность имеют руды и скальные породы при взрывном спо-
собе добычи, наименьшую – угольная пыль и мелочь (штыб) при комбайно-
вой выемке.
В зависимости от однородности состава насыпные грузы разделяют на
рядовые,которые характеризуются размером
max
a
′
, и сортированные – со сред-
ним
.cр
a
′
, причем
2
aa
a
minmax
.cр
+
=
′
, мм (1.1)
К рядовым относятся грузы, у которых соотношение 5,2aa
minmax
≥ , к
сортированным – 5,2aa
minmax
< м.
По крупности кусков и частичек насыпные грузы разделяют на пылевид-
ные <0,05 мм; порошкообразные – 0,05…0,5 мм; зернистые – 0,5…10 мм; мел-
кокусковые – 10...60 мм; среднекусковые – 60-160 мм; крупнокусковые >160 мм.
Для руды принята другая градация кусковатости: мелочь рудная – до
100 мм; средней крупности – 100…300 мм; крупнокусковая – 300…600 мм;
очень крупная– более 600 мм.
Кусок руды с максимально допустимым размером, который выдается из
12
размер обычно бывает в пределах 300…1000мм.
Кусок руды с размерами, которые превышают кондиционные, называют
негабаритом. Количество таких кусков в общей массе добытой руды, кото-
рое выражается в %, называется выходом негабарита (обычно не превышает
5...10%, но при отдельных неблагоприятных условиях отбойки может дос-
тичь 25...30%). Значительный выход негабарита приводит к резкому повы-
шению затрат в связи с необходимостью повторного дробления и сложнос-
тью доставки таких кусков к средствам транспорта.
По максимальным размерам кусков
max
a
′
выбирают ширину грузонесу-
щих элементов конвейеров и других транспортных средств, а также вмести-
мость вагонеток, размеры выпускных отверстий бункеров и другие пара-
метры транспортного оборудования.
Насыпная плотность (
γ
,т/м
3
) – масса единицы объема свободно насыпан-
ного груза. Зависит от физических свойств, степени измельчения и уплотне-
ния материала. Насыпная плотность (
γ
) всегда меньше плотности материала
в натуральном виде, то есть в массиве (
γ
′
). Между ними есть зависимость
1K
p
>
γ
γ
′
=
, (1.2)
где
p
K
– коэффициент разрыхления, который изменяется от 1,1...1,4(для
мягкого угля и пород) до 1,6...1,8(для крепких руд и скальных пород).
В зависимости от
γ
грузы разделяют на легкие (до 0,6 т/м
3
), средние
(0,6…1,1т/м
3
), тяжелые (1,1…2,0 т/м
3
) и очень тяжелые (более 2 т/м
3
).
Знать насыпную плотность груза необходимо при определении произво-
дительности транспортных установок.
Угол естественного откоса (
ρ
, град) – угол, образованный боковой по-
верхностью свободно насыпанного штабеля материала с горизонтальной
плоскостью.
Угол естественного откоса влияет на площадь поперечного сечения гру-
за, который расположен на грузонесущих элементах, и, следовательно, на
производительность транспортных установок.
13
Угол естественного
откоса, град.
Груз
Насыпная
плотность
γ, т/м
3
ρ
′
ρ
′′
0
ρ
Угольная пыль 0,4-0,6 22-28 14-17 24-30
Уголь каменный, сухой, измель-
ченный
0,6-0,7 25-30 16-25 27-32
Уголь бурый 0,65-0,75 27-33 18-26 29-35
Рядовой каменный уголь, мелкий
антрацит
0.8-0,95 30-40 19-28 33-42
Антрацит крупнокусковой 0,95-1,00 34-40 23-38 35-42
Скальные породы 1,85-2,35 40-45 29-31 41-46
Угол естественного откоса зависит от внутренних сил трения между час-
тицами или кусками материала и, следовательно, от их формы и размеров, а
также от влажности и липкости материала и поэтому не является постоян-
ным даже для одного и того же материала. Чем меньше крупность кусков и
больше влажность материала, тем меньше
ρ
. При встряхивании опорной
поверхности с насыпным грузом, как это имеет место, например, при транс-
портировании материала на ленте конвейера, который движется по ролико-
вым опорам, угол естественного откоса уменьшается. Различают угол есте-
ственного откоса в покое
ρ
′
, движении
ρ
′
′
и угол обрушения
0
ρ , причем в
зависимости от условий движения
(
)
ρ
′
−=ρ
′
′
7,035,0
.
Абразивность – свойство грузов истирать при погрузке, разгрузке и во
время движения соприкасающиеся с ними элементы транспортных устано-
вок (кузова вагонеток, ленты, желоба и др.). По степени абразивности грузы
разделяют на четыре категории:
А – неабразивные (в горной промышленности нет);
В – малоабразивные (мокрая глина, уголь, гравий);
С – середнеабразивные (песок, антрацит);
Д – очень абразивные (руда, бокситы и др.).
Таблица 1.1 – Характеристика насыпных грузов
14
2 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА
СТАЦИОНАРНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
2.1 Производительность транспортных машин и
установок
Производительность – количество груза, который перемещается транс-
портной машиной или установкой в единицу времени. Производительность
выражают в массовых (Q, т/мин, т/ч и др.) или объемных (V, м
3
/мин, м
3
/ч и
т.д.) единицах.
Различают три вида производительности: теоретическую (Q
т
), техни-
ческую (Q) и эксплуатационную (Q
е
).
Теоретической называют максимальную производительность транспор-
тной установки при наибольшем допустимом заполнении грузом ее грузо-
несущих элементов и при максимальной скорости движения без учета огра-
ничения по мощности привода и прочности тяговых элементов. Ею пользу-
ются при сравнительном анализе работы транспортных машин и установок
разнообразных типов.
Техническая производительность отвечает номинальному режиму рабо-
ты транспортной установки при полном использовании ее конструктивных
возможностей. Величина технической производительности не постоянна и
устанавливается с учетом мощности привода и прочности тяговых органов
в зависимости от условий эксплуатации (длины и угла наклона транспорт-
ной установки). Техническая (паспортная) производительность меньше те-
оретической, и ею пользуются при выборе средств транспорта.
Эксплуатационная производительность отвечает фактической произво-
15
дительности с учетом неравномерной погрузки и перерывов в работе транс-
портной установки по техническим, организационным и другим причинам.
Эксплуатационная производительность всегда меньше технической, а их
соотношение 1QQK
eн
<= характеризует степень совершенства организа-
ции горных и транспортных работ на шахтах и называется коэффициентом
использования транспортной установки по производительности.
2.1.1 Производительность транспортных установок
непрерывного действия
Пусть на одном метре длины конвейера находится q килограммов груза.
За секунду груз переместится на расстояние, равное V. Тогда расход груза
(производительность) можно определить по формуле
V·qQ
т
=
, кг/с (2.1)
или
V·q6,3Q
т
=
, т/ч, (2.2)
где
q
– погонная масса груза, кг/м,
V– скорость движения, м/с.
А. Теоретическая производительность по емкости
грузонесущего органа (“приемная способность”)
Постановка задачи. Дано: V– скорость движения груза, м/с;
γ
– плот-
ность груза, т/м
3
;
ρ
′
′
– угол откоса материала в движении , град.; размеры
грузонесущего элемента. Определить Q
т
– приемную способность, т/ч.
На длине конвейера L лежит количество груза
γ= ·L·SM
м
, т, (2.3)
где S
M
– площадь сечения груза, м
2
.
Погонная масса груза
γ=
γ
= ·S
L
·L·S
q
м
м
, т/м (2.4)
или
γ= ·S·1000q
м
, кг/м (2.5)
где c··SS
.м.тм
ψ= , м
2
, (2.6)
16
т.м.
нии по горизонтали, ограниченная снизу несущим органом, а сверху
линиями откоса материала в движении;
.
.м.тм
SS=ψ
– коэффициент заполнения теоретического сечения, кото-
рый учитывает наличие скребков, цепей, перегородок и др.;
с – коэффициент угла наклона, который учитывает снижение коэффи-
циента заполнения при наклонном транспортировании через скаты-
вание материала.
Подставляя в формулу (2.2) значение q из (2.5) и
м
S
из (2.6), получим
выражение для определения теоретической производительности по прием-
ной способности
γψ= ·V·c··S·3600Q
.м.тт
, т/ч. (2.7)
Б.Техническая производительность транспортных установок по
силовым факторам
Техническая производительность конвейеров с учетом ограничения по
мощности привода или прочности тягового элемента уменьшается с увели-
чением их длины и угла наклона, так как при этом необходимо уменьшить
нагрузку конвейера. В пределах, когда
0q
=
(холостой ход конвейера), дли-
на его
x
L
будет максимальная (т. С на рис. 2.1), а
0Q
=
. При уменьшении
длины конвейера к L производительность его Q может быть увеличена (т.А).
Линия АВС (рис. 2.1, а) представляет собой зависимость Q от L, причем на
участке АВ производительность ограничивается приемной способностью
конвейера и не зависит от длины, а на участке ВС – прочностью тягового
элемента или прочностью привода и зависит от длины. Увеличив скорость
конвейера, можно увеличить приемную способность и, следовательно, воз-
можную производительность (т.
A
′
), однако длина конвейера при этом умень-
шается к
L
′
( участок A
1
B
1
).
В технических паспортах конвейеров рассмотренную зависимость назы-
вают графиками “применимости” и вычерчивают в координатах L от угла
наклона конвейера для нескольких значений Q (рис. 2.1, б).
17
2.1.2 Теоретическая производительность транспортных
установок периодического действия
Постановка задачи. Дано: Т– время цикла, с; m – грузоподъемность од-
ного сосуда, т; z – число сосудов, которые доставляются вместе. Опреде-
лить Q
т
,т/ч.
Под Q
т
понимают среднюю производительность за время цикла, то есть
за время между моментами подхода к конечному пункту
T
m·z·3600
Q
т
=
, т/ч. (2.8)
Грузоподъемность одного сосуда
ψ
γ
=
··Vm
, т, (2.9)
где V – геометрическая емкость сосуда, м
3
;
γ
– насыпная плотность груза, т/м
3
;
ψ
– коэффициент заполнения, то есть отношение объема груза к геомет-
рической емкости кузова.
Время цикла
ц
pcxc
V·K
L
V·K
L
T θ++=
, с, (2.10)
Рисунок 2.1 – Зависимость производительности конвейера: а) от мощно-
сти привода и прочности тягового органа; б) от длины и угла наклона
18
V
x
, V
p
– техническая скорость движения при холостом и рабочем ходе, м/с;
(под технической скоростью движения понимают номинальную ско-
рость тягового органа по паспорту).
K
c
– коэффициент скорости (отношение средней скорости движения к тех-
нической называется коэффициентом скорости). В действительности
движение происходит в среднем с меньшей, чем техническая, скорос-
тью через период разгона и торможения, замедления при проходе пе-
регибов профиля и прочее.
ц
θ – суммарная пауза за цикл на прицепку и отцепку сосудов или на их
погрузку и разгрузку, маневры, ожидание сигналов и прочее, с.
Характерной особенностью установок периодического действия есть то, что
при неизменных скоростях движения с увеличением длины транспортирования
время Т увеличивается, соответственно с чем производительность Q
т
умень-
шается.
2.2 Расчетный грузопоток
2.2.1 Определение расчетного грузопотока по коэффициенту
неравномерности
Постановка задачи. Дано: Q
см
– эксплуатационная производительность,
т/см; t
см
– продолжительность смены, ч. Определить Q
р
– расчетный грузо-
поток, т/ч.
На рис. 2.2, а изображен график мгновенной производительности за об-
щее время смены t
см
.
Грузопоток периодически приравнивается к нулю. Периоды нулевой про-
изводительности могут быть двух видов:
– через остановки машины;
– работа машины вхолостую (без груза).
Исключив время остановок машины, имеем график мгновенной произ-
водительности за машинное время (t
м
),на протяжении которого машина ра-
ботает за смену;
θ
– суммарный сменный простой, который включает при-
ем-сдачу смены, время профилактических осмотров, остановок из-за отсут-
19
Коэффициент машинного времени
см
м
м
t
t
K =
. (2.11)
Средняя производительность за машинное время
мсм
см
м
cм
ср
K·t
Q
t
Q
Q ==
, т/ч. (2.12)
Коэффициент неравномерности за машинное время
ср
max
н
Q
Q
K =
, (2.13)
где Q
max
– максимальное значение производительности, т/ч.
Принимаем за расчетный грузопоток Q
max
, тогда, подставляя в (2.12) Q
ср
из (2.13), имеем
мсм
нсм
maxp
K·t
K·Q
QQ ==
. (2.14)
Рисунок 2.2 – Графики грузопотока
20
производительности забойных машин
Метод основан на том, что грузопотоки горного предприятия зарожда-
ются в забоях, поэтому за Q
p
принимают минутную теоретическую произ-
водительность забойной машины (комбайн, экскаватор и прочее).
Для установок, которые обслуживают короткие забои (подготовитель-
ные выработки, камеры и прочее), расчетный грузопоток ( Q
p
, т/мин.) при-
нимают равным максимально возможной для данных условий эксплуатации
минутной производительности проходческого комбайна или погрузочной
машины
при непрерывной погрузке
maxр
V··SQ
γ
′
=
, (2.15)
где S – площадь поперечного сечения забоя, м
2
;
γ
′
– плотность горной массы в массиве, т/м
3
;
V
max
– максимально возможная для данных условий работы минутная ско-
рость подачи погрузочной машины, м/мин.
при циклической погрузке
кцp
K··n·VQ
γ
=
, (2.16)
где V– вместимость ковша погрузочной машины, м
3
;
ц
n – число рабочих циклов в минуту (3-4);
К
к
– коэффициент наполнения ковша, который зависит от свойств груза и
квалификации машиниста – К
к
=1,0 для мягких пород и угля; К
к
=0,6 и
менее – для тяжелых крупнокусковых пород и руд.
Для установок, которые обслуживают длинные забои (лавы) с быстро-
ходной выемочной машиной челночного действия (например, стругом), ско-
рость которой (V
м
) сопоставима со скоростью забойного конвейера (V
к
),
грузопоток из лавы не остается постоянным при прямом (
п
p
Q
) и обратном
(
0
p
Q
) ходах струга, так как его величина зависит от их (струга и конвейера)
относительной скорости
(
)
1K·VVVV
cммк0
±=±= , (2.17)