Тарасов Ю.Д. Горно-транспортные машины периодического действия

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный гор-

ный институт им. Г.В.Плеханова

(технический университет)

Ю.Д.ТАРАСОВ, А.К.НИКОЛАЕВ

ГОРНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО

ДЕЙСТВИЯ

Допущено Учебно-методическим объединением вузов

Российской Федерации по образованию в области горного дела

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных

заведений, обучающихся по специальности «Горные машины

и оборудование» направления подготовки дипломированных

специалистов «Технологические машины и оборудование»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2005

УДК 621.86 (075.80)

ББК 33.16

Т191

Изложены основы теории и расчета горно-транспортных машин периодического действия. Рассмотрено основное и

вспомогательное оборудование локомотивной откатки, широко используемой на угольных и рудных шахтах в качестве ма-

гистрального транспорта полезного ископаемого, а также для транспортирования материалов и людей, канатно-скреперных

установок, самоходного транспортного и погрузочно-транспортного оборудования. Приведена методика расчета и выбора

параметров этого оборудования. Рассмотрены узлы сопряжения транспортных средств в рудниках.

Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения специальности 170100 «Горные машины и

оборудование» направления 651600 «Технологические машины и оборудование».

Научный редактор проф. И.П.Тимофеев

Рецензенты: кафедра подъемно-транспортных машин и оборудования Северо-Западного государственного заочно-

го технического университета; Ю.М.Энкин (генеральный директор ОАО «Гипронеруд»).

Тарасов Ю.Д.

Т191. Горно-транспортные машины периодического действия: Учеб. пособие / Ю.Д.Тарасов, А.К.Николаев. Санкт-

Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2005. 115 с.

ISBN 5-94211-139-1

УДК 621.86 (075.80)

ББК 33.16

ISBN 5-94211-139-1

 Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2005 г.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

О ГОРНО-ТРАНСПОРТНЫХ УСТРОЙСТВАХ

Наряду с транспортными машинами непрерывного действия – конвейерами различных ти-

пов (ленточными, скребковыми, пластинчатыми, ковшовыми, винтовыми, инерционными), гидро- и

пневмотранспортными установками, самотечными установками, кольцевыми канатными дорогами

– на горных предприятиях широко используются и транспортные машины периодического действия

в качестве самостоятельных или вспомогательных транспортных средств.

К транспортным средствам периодического действия, получившим большое распространение

на угольных и рудных шахтах, относится следующее оборудование: локомотивная откатка, подзем-

ный автомобильный транспорт, погрузочные машины различных типов, погрузочно-доставочные

машины, опрокидыватели, толкатели, канатно-скреперные установки, а в качестве вспомогательного

оборудования локомотивной откатки – компенсаторы высоты, подвагонные цепи, испытательные

горки и др.

Транспортные машины и устройства периодического действия могут быть стационарными

(опрокидыватели), передвижными (погрузочно-доставочные машины), переставными (толкатели);

выполнять основные функции (локомотивная откатка) или вспомогательные (погрузочные машины,

толкатели).

Отличительными особенностями транспортных машин и устройств периодического действия

являются: цикличность транспортных операций, наличие холостого хода (за исключением неревер-

сивных круговых опрокидывателей и цепных толкателей), наличие временных пауз внутри цикла и

между циклами.

Для подавляющего большинства транспортных устройств периодического действия характе-

рен ярко выраженный неустановившийся режим работы с преобладанием, в ряде случаев, динамиче-

ского характера нагружения над статическим (толкатели, опрокидыватели, погрузочные машины и

др.).

Для всех транспортных машин основного назначения характерна зависимость производитель-

ности от протяженности трассы транспортирования (рис.1), что следует из общей формулы эксплуа-

тационной производительности для транспортных машин с циклическим перемещением грузов (в

тоннах в час):

= (60GK

исп

)/Т

= (60GK

исп

)/(K

L/V

ср

), (1)

где G – номинальная грузоподъемность машины, т; K

исп

– коэффициент использования грузоподъем-

ности, K

исп

≤ 1; K

– коэффициент машинного времени, K

< 1; Т

– продолжительность цикла, мин;

L – протяженность трассы транспортирования, м; V

ср

– средневзвешенная скорость перемещения гру-

за, м/мин; K

– коэффициент, учитывающий затраты времени в пунктах погрузки и выгрузки, K

> 1.

Функциональная зависимость Q

(L) близка к гиперболической. При L → ∞ производитель-

ность Q

→ 0. Поэтому область использования той или иной транспортной машины периодического

действия ограничивается приемлемой величиной Q

в диапазоне от Q

э1

) до Q

э2

). Для малых

транспортных машин длина трассы транспортирования L

(рис.1) ограничивается всего лишь не-

сколькими десятками метров (канатно-скреперные установки).

Для других транспортных машин (локомотивная откатка) максимальная протяженность трас-

сы транспортирования L

может составлять до 10 км и более. Правда, это достигается увеличением

грузоподъемности G и использованием значительного числа транспортных средств (при локомотив-

ной откатке – числа пар поездов). Кроме того, использование транспортных устройств периодическо-

го действия при большой протяженности трассы транспортирования часто вызвано просто отсутстви-

ем эффективных транспортных средств непрерывного действия для заданных условий эксплуатации.

Такими условиями могут быть, например, наличие искривленных в плане горных выработок, истори-

чески сложившаяся схема механизации горных работ на предприятии и другие условия. Но указанные

исключения не отменяют общего принципа при выборе способа транспортирования насыпных (и дру-

гих) грузов: с увеличением протяженности трассы транспортирования все более целесообразным ста-

новится использование транспортных средств непрерывного действия. Вообще же, выбор транспорт-

ных средств есть задача экономическая, решаемая на основе сравнивания альтернативных вариантов.

А критерием выбора является, как правило, минимум приведенных затрат или максимальная при-

быль, которую можно полу-

чить при использовании дан-

ного транспортного средства.

При анализе формулы

(1) и графика Q

(L) (рис.1)

можно предположить, что при

малых L целесообразно ис-

пользовать только транспорт-

ные машины периодического

действия. Это не так. Напри-

мер, при длине транспортиро-

вания в несколько метров (или

десятков метров) весьма эф-

фективными оказываются кон-

вейеры ленточные, винтовые,

скребковые, а в качестве пи-

тающих устройств – винтовые

и вибрационные конвейеры.

Рис.1. Зависимость производительности устройств

периодического действия от протяженности трассы

транспортирования

, т/ч

, м

э1

э2

Таким образом, выбор транспортных средств является серьезной технико-экономической за-

дачей, при решении которой следует учитывать множество факторов и требований, часто даже взаи-

моисключающих. Их правильная оценка и нахождение оптимального решения невозможны без

знания всех возможных технических средств и методов расчета и выбора их параметров.

2. КАНАТНО-СКРЕПЕРНЫЕ УСТАНОВКИ

2.1. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО

И ТРАНСПОРТНЫЕ СХЕМЫ

Канатно-скреперные установки относятся к простейшим горно-транспортным машинам пе-

риодического действия, основанным на перемещении насыпных грузов волочением по почве выра-

ботки с помощью рабочего органа – скрепера.

В подземных условиях скреперные установки используют для захвата и перемещения отбитой

горной массы (руды, породы) до подземного перегрузочного пункта (рудоспуска, люка, бункера) для

погрузки в вагонетки или на другие транспортные средства.

На поверхности канатно-скреперные установки широко используются на складах полезного

ископаемого как для формирования склада штабельного типа, так и для обратной подачи к месту по-

грузки полезного ископаемого на средства внешнего транспорта (железнодорожного, автомобильно-

го, водного) или для дальнейшей переработки на обогатительную фабрику.

Канатно-скреперная установка состоит из скрепера, головного (одного или двух) и хвостового

(одного или двух) тяговых канатов, скреперной лебедки, отклоняющих блоков для направления кана-

тов, разгрузочного полка для перегрузки транспортируемого груза в бункер, люк, рудоспуск.

Тяговые усилия создаются лебедкой специальной конструкции – скреперной лебедкой. Вне-

дрение скрепера в горную массу и его заполнение горной массой происходит в процессе движения

скрепера. С помощью этой же лебедки скрепер возвращается в исходное положение для осуществ-

ления следующего цикла транспортирования.

Канатно-скреперные установки (рис.2) различают по назначению – подземные (рудные и

угольные) и складские; по числу тяговых канатов – двухканатные с приводом от двухбарабанных

скреперных лебедок; трехканатные с приводом от трехбарабанных скреперных лебедок.

Канатно-скреперные установки имеют следующие достоинства:

 простота конструкции

и высокая надежность при экс-

плуатации в сложных горно-

геологических условиях на гор-

ном предприятии;

 возможность транс-

портирования особо крупнокус-

ковых грузов (до 1 м в попереч-

нике) и углах наклона скрепер-

ной дороги до 30-40;

 простота обслужива-

ния, не требующая высокой

квалификации оператора;

 относительно низкая

первоначальная стоимость

оборудования;

 относительно невы-

сокие эксплутационные расхо-

ды;

 простота изменения

параметров трассы транспор-

тирования (траектории и дли-

ны);

 совмещение операций захвата, транспортирования и погрузки горной массы в другие транс-

портные средства.

К органическим недостаткам канатно-скреперных установок следует отнести следующие:

 резкое уменьшение производительности с увеличением длины транспортирования (см.

рис.1);

 высокая энергоемкость транспортирования, вызванная одним из самых несовершенных спо-

собов перемещения грузов – волочением по негладкой поверхности;

 интенсивный абразивный и усталостный износ тяговых канатов.

2.2. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

КАНАТНО-СКРЕПЕРНЫХ УСТАНОВОК

2.2.1. Скреперы

Рис.2. Схемы канатно-скреперных установок:

– двухканатной,

– трехканатной

с одним головным и двумя хвостовыми канатами, в – трехканатной с двумя

головными и одним хвостовым канатами

1 – лебедка; 2 – отклоняющий блок; 3 – разгрузочный полок; 4, 6 – головной

и хвостовой тяговый канаты; 5 – скрепер

Несущим рабочим органом канатно-скреперной уста-

новки является скрепер. По конструкции скреперы подразде-

ляются на ящичные; гребково-ящичные; гребковые и много-

гребковые (рис.3).

Для крупнокусковых грузов используют гребковые

скреперы, для мелкокусковых грузов – ящичные скреперы, а

для среднекусковых грузов – многогребковые или гребково-

ящичные.

Эффективность использования скрепера как рабочего

органа, предназначенного не только для транспортирования

груза с его удержанием, но и для захвата груза путем внедре-

ния в него рабочей кромки, зависит от правильного выбора

следующих параметров скрепера: вместимости V (в кубиче-

ских метрах), формы (соотношение длины, ширины и высо-

ты), веса G

, угла внедрения  и приведенного веса скрепера

Р.

Для ящичных скреперов  = 3035, для гребковых

 = 5055. Приведенный вес скрепера определяет способ-

ность к внедрению и удержанию горной массы в пределах

скрепера в процессе транспортирования:

Р = G

/B,

где G

– вес скрепера, кН; В – ширина скрепера, м.

В зависимости от физико-механических свойств горной

массы как объекта транспортирования, Р

314 кН/м (бóльшие

значения принимают при транспортировании крупнокусковых

грузов большой плотности).

Линейные размеры скрепера выбираются в зависимости

от принятой (заданной) вместимости скрепера:

;

85,0 Vh 

В =

;

7,1 V

,15,2

Vl 

где h, l – высота и длина скрепера, м.

Вес скрепера при выбранном значении Р и определенном В

= РВ.

Рис.3. Конструкции скреперов ящичного (

многогребкового (б), гребкового (в) типов

1 – скрепер; 2, 3 – головной и хвостовой

канаты; 4 – соединительное звено



Полученное значение G

должно быть проверено из условия выполнения неравенства:

(0,4 0,6) ,

G G

 

где G – вес перемещаемой скрепером горной массы, кН.

Ширина скрепера, используемого в подземных условиях, проверяется по ширине выработки,

по которой будет осуществляться транспортирование горной массы:

выр

(0,4 0,5)

B B

 

где В

выр

– ширина выработки в свету, м.

2.2.2. Скреперные лебедки

В зависимости от используемой транспортной схемы применяют скреперные лебедки двух- и

трехбарабанные с соосным и параллельным расположением двигателя и барабанов. Все скреперные

лебедки имеют одну кинематическую схему и способ включения барабанов, реализуемый с помощью

фрикционных планетарных муфт, и отличаются лишь размерами отдельных элементов. Типоразмер-

ный ряд отечественных скреперных лебедок разработан институтом «Гипроникель».

Кинематическая схема двухбарабанной скреперной лебедки показана на рис.4. Трехбарабан-

ная лебедка отличается от нее дополнительным (третьим) барабаном.

Приводной электродвигатель и вал лебедки жестко кинематически связаны через двухступен-

чатый редуктор. Вал с помощью закрепленных на нем солнечных зубчатых колес кинематически свя-

зан с водилом каждого бараба-

на с помощью сателлитов (по

три на каждый барабан). Води-

ло жестко связано с канатным

барабаном, а свободно установ-

ленные на водилах сателлиты

постоянно сцеплены с внутрен-

ними зубчатыми венцами тор-

мозных шкивов. Последние сво-

бодно установлены на цен-

тральном валу и снабжены лен-

точными тормозами,

являющимися механизмами

включения канатных барабанов.

Изменение направле-

ния движения скрепера осуще-

Рис.4. Кинематическая схема двухбарабанной скреперной лебедки

1, 5 – барабаны; 2, 4 – водило; 3, 7 – ленточный тормоз; 6 – сателлит; 8 – тормозной

шкив с внутренним зубчатым венцом; 9 – солнечное колесо; 10 – двухступенчатый

редуктор; 11 – электродвигатель; 12 – рама; 13 – приводной вал

ствляется без изменения направления вращения вала двигателя путем включения того или иного ба-

рабана и отключения барабана со сматывающимся канатом.

Ленточный тормоз обеспечивает также предохранение от перегрузки лебедки благодаря про-

скальзыванию обода относительно ленты тормоза при увеличении тягового усилия сверх норматив-

ного.

Передаточное отношение одноступенчатого планетарного редуктора каждого канатного барабана

выбирается в зависимости от заданной скорости движения скрепера (при рабочем или холостом ходе).

Двух- или трехбарабанные лебедки комплектуются с различным числом унифицированных блоков

канатных барабанов. Способ управления скреперной лебедкой может быть ручной или дистанционный. В

последнем случае ленточные тормоза (механизмы включения барабанов) оснащаются пневмо- или гидро-

цилиндрами, электрогидравлическими или электровинтовыми приводами в системе управления.

Диаметр барабанов скреперной лебедки D

= 220450 мм, диаметр тяговых канатов d

и диа-

метр навивки барабанов связаны соотношением D

= 18d

Канатоемкость барабана L = m

+ m

), где m

, m

– число рядов и слоев каната на ба-

рабане при полной навивке каната на барабан.

Число рядов и слоев каната на барабане

m  ;

бр





где l

– длина барабана, м; D

– диаметр реборды барабана, м.

Расчетная тормозная сила ленточного тормоза (в ньютонах)

SР

max

 ,

где S

max

– максимальное рабочее натяжение тягового каната, Н; D

– диаметр тормозного шкива, м.

Натяжения тормозной ленты в точках сбегания и набегания на тормозной шкив (в ньютонах)

сб

(

е 1)

Т 



;

нб

(

е 1)

Т 



где f – коэффициент трения между тормозным шкивом и лентой;  – угол обхвата лентой тормозного

шкива, рад.

2.2.3. Тяговые канаты

В качестве тяговых канатов используются стальные проволочные канаты двойной свивки (от-

крытые) с мягким сердечником при максимальном диаметре проволок, формирующих наружный слой

каната. Предел прочности на разрыв не более 1600 МПа.

2.3. РАСЧЕТ КАНАТНО-СКРЕПЕРНОЙ УСТАНОВКИ

2.3.1. Вместимость скрепера и производительность

канатно-скреперной установки

Техническая производительность канатно-скреперной установки как транспортного устройства

периодического действия (в тоннах в час)

3600

 V

(2)

где Т

– продолжительность цикла, с; V – вместимость скрепера, м

;  – насыпная плотность горной

массы, т/м

;  – коэффициент заполнения скрепера.

В зависимости от крупности и формы кусков горной массы, гранулометрического состава

 = 0,61.

Время цикла Т

= t

+ t

, где t

, t

– время заполнения скрепера горной массой,

рабочего и холостого хода и паузы, необходимой для переключения барабанов (реверса скрепера) и

разгрузки скрепера (в секундах),

t  ;

)(



 ; ;

t 

, V

– скорость движения скрепера при его заполнении, рабочем и холостом ходах, м/с; L – длина

скреперной дороги, м; L

– путь, на котором происходит заполнение скрепера, м.

Расчетное значение t

= 35 с.

Скорость скрепера при рабочем ходе обычно V

= 11,3 м/c, а при холостом ходе

= 1,51,8 м/с. Рекомендуемое соотношение между скоростями рабочего и холостого ходов

= (1,31,5)

Из формулы (2) следует, что показатель Q резко уменьшается с увеличением времени цикла

, а последнее пропорционально длине скреперной дороги (см. рис.2).

Поэтому область рационального использования канатно-скреперных установок – доставка гру-

зов на расстояние не более 100 м. Обычно длина скреперной дороги L составляет 40-60 м, что вполне

достаточно, например, при доставке руды из камер при камерной системе разработки месторождений.