Тарасов Ю.Д. Горно-транспортные машины периодического действия

Подождите немного. Документ загружается.

10 поворотная платформа с

ковшом занимают соосное с

рельсовым путем положение.

Поэтому горная масса разгру-

жается точно в кузов вагонет-

ки, прицепленной к погрузоч-

ной машине. Это обеспечива-

ется благодаря работе меха-

низма 5.

Подъем ковша проис-

ходит при перекатывании ку-

лисы 4 по направляющим 13

без проскальзывания за счет

постоянно натянутых канатов

стабилизации 6 и 14. При этом

одна пара канатов 14 наматывается на кулису, а вторая 6 разматывается с соответствующей дуги ру-

кояти.

Кроме того, благодаря наличию бобины подъем ковша постоянно ускоряется, что обеспечива-

ет наиболее полное опорожнение ковша от горной массы при соударении ковша с упорами 10.

Отскочивший при соударении с подпружиненными упорами ковш 3 под действием собствен-

ного веса и веса кулисы 4 возвращается в исходное положение. При этом пара канатов стабилиза-

ции 6 наматывается, а канаты 14 разматываются, обеспечивая качение кулисы 4 по направляющим 13

без проскальзывания.

Разворот платформы с рукоятью и ковшом может осуществляться силовыми цилиндрами или

вручную.

Цикл работы погрузочной машины складывается из следующих операций:

 движение машины с опущенным ковшом на штабель угля или породы;

 внедрение ковша за счет напорного усилия, создаваемого ходовой частью машины;

 зачерпывание груза при совместной работе ходовой части и механизма подъема ковша;

 подъем ковша с грузом;

 разгрузка ковша с отходом машины от штабеля (вагонетка прикреплена к машине);

 опускание ковша и движение машины в сторону штабеля.

Ковшовая машина ступенчатой погрузки отличается от машины прямой погрузки тем, что

она оборудуется дополнительным передаточным конвейером (ленточным или скребковым), монти-

руемым на тележке машины, а ковш чаще всего закреплен на шарнирной рукояти (рис.41). Привод

Рис.41. Принципиальная схема погрузочной машины с шарнирной рукоятью

и передаточным конвейером

1 – шарнирная рукоять; 2 – ковш; 3 – штабель; 4 – передаточный конвейер;

5 – вагонетка под погрузкой; 6 – ходовая часть; 7 – привод подъема ковша

механизма подъема и поворота ковша относительно рукояти осуществляется с помощью гидроци-

линдров или двух барабанных лебедок планетарно-фрикционного типа (см. лебедки п.2).

Благодаря передаточному конвейеру одновременно под погрузку может подаваться партия из

нескольких вагонеток, что повышает эксплуатационную производительность машины. Однако конст-

рукция таких машин сложнее, чем машин прямой погрузки.

Машины прямой погрузки по сравнению с машинами ступенчатой погрузки обладают сле-

дующими преимуществами: компактностью, маневренностью (допускают поворот ковша в горизон-

тальной плоскости до 36 от оси машины в каждую сторону, что увеличивает фронт погрузки), воз-

можностью работать в выработках с минимальными радиусами кривизны (R < 10 м), меньшей метал-

лоемкостью и стоимостью.

Недостатком машин прямой нагрузки является невозможность непрерывного обмена вагонеток

без применения дополнительных механизмов и устройств (перегружателей, накладных плит и т.п.), что

снижает эксплуатационную производительность машины.

Ковшовые погрузочные машины могут работать не только в горизонтальных выработках, но и

при проходке наклонных выработок при углах наклона до 25. Для этого машины оборудуются сле-

дующими дополнительными техническими средствами:

 канатным приводом передвижения (на оси колесной пары устанавливаются канатные бара-

баны);

 цепным приводом (на оси колесной пары размещается звездочка, взаимодействующая с на-

тянутой неподвижной пластинчатой цепью);

 реечным приводом (на оси колесной пары располагаются зубчатые колеса, взаимодейст-

вующие с неподвижными рейками);

 клиновыми колесами, обеспечивающими увеличение тягового усилия по условию сцепления

в 3-4 раза по сравнению с обычными колесами при той же величине сцепного веса машины.

5.3. УСЛОВИЕ ВНЕДРЕНИЯ КОВША В ШТАБЕЛЬ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЦЕПНОГО ВЕСА

ПОГРУЗОЧНОЙ МАШИНЫ

Напорное усилие ковша F

, которое необходимо развить машине для обеспечения внедрения

ковша в штабель загружаемой горной массы, зависит от физико-механических свойств загружаемой

горной массы, главные из которых: размер и форма кусков, гранулометрический состав, плотность и

насыпная плотность, коэффициент внутреннего трения, влажность, а также в не меньшей степени

конструктивных и эксплуатационных параметров машины. К двум последним показателям относятся:

размер ковша и его форма, глубина и способ внедрения ковша в штабель.

Сопротивление внедрению ковша в штабель W

вн

, которое преодолевается напорным усилием

погрузочной машины, определяется экспериментально. Для снижения сопротивления штабеля и

уменьшения потребного напорного усилия искусственно увеличивается подвижность горной массы в

штабеле (коэффициент внутреннего трения). С этой целью ковшу сообщаются вибрации, для чего на

ковше могут быть смонтированы специальные вибровозбудители (вибраторы). Кроме того, при вне-

дрении ковша в штабель, с некоторым подъемом ковша в этот период, также удается уменьшить со-

противление внедрению ковша.

Для обеспечения погрузки необходимо, чтобы выполнялось условие

≥ W

вн

Напорное усилие ковша F

(в ньютонах) ограничивается условиями сцепления ведущих ко-

лесных пар машины с рельсами (для погрузочных машин на колесно-рельсовом ходу) или машины

с почвой выработки (для машин пневмоколесных или на гусенечном ходу), т.е.

н сц 0

F F W

  

, (13)

где F

сц

– тяговое усилие по сцеплению машины с опорной поверхностью, Н;



– суммарные со-

противления движению машины (статические и динамические), Н.

При этом по аналогии с локомотивной откаткой (см. п.3.7.2)

сц м

1000F

 

, (14)

0 м в в м в в м

( )( ) 10

W P gn G w i n G a

 

      

 

 

, (15)

где Р

– вес погрузочной машины, кН; μ – коэффициент сцепления машины с опорной поверхностью

(рельсами, почвой выработки); n

– число прицепленных к машине вагонеток; G

– масса вагонетки,

т; w

– удельное сопротивление движению машины по опорной поверхности, Н/кН; i – уклон пути

(выработки) в зоне погрузки, ‰; а

– максимальное ускорение, развиваемое при движении в сторону

штабеля, м/с

Для машин на колесно-рельсовом ходу величина w

принимается примерно на 50 % больше,

чем при движении по стационарному (постоянному) рельсовому пути, так как в зоне погрузки рель-

совый путь загрязнен.

Решая совместно уравнения (13), (14) и (15), можем определить сцепной вес погрузочной ма-

шины:

вн в в м м

[ ( ) 10 ]

10 ( )

W n G g w i a

w i

   



 

   

 

 

5.4. ПОГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ

С НАГРЕБАЮЩИМИ ЛАПАМИ

Погрузочная машина с нагребающими лапами относится к

машинам типа ПНБ. Машина состоит (рис.42) из ходовой части, ра-

бочего органа, конвейера для приема и передачи горной массы в

транспортные средства. Привод отдельных механизмов чаще всего

индивидуальный.

Рис.42. Погрузочная машина с нагребающими лапами

1 – приемная плита с гидроцилиндром 7 для изменения угла ее наклона; 2 –

направляющие сухари или ролики; 3 – нагребающие лапы; 4 – ведущие диски, вращающиеся от приводов; 5 – передаточный конвейер

(скребковый); 6 – гусеничный движитель

Рабочий заборно-погрузочный орган выполнен в виде двух нагребающих лап, являющихся

элементами кривошипно-кулисного или двухкривошипного механизма.

Процесс погрузки горной массы осуществляется за счет поочередного внедрения нагребающих

лап в штабель и подачи захваченной горной массы на перегрузочный конвейер.

Рис.43. Траектории движения кромок

нагребающих лап при захвате горной

массы из штабеля

1 – передаточный конвейер 2 – приемная

плита; 3, 7 – диски; 4, 5 – траектории

движения левой и правой лап; 6 – ось

правой лапы





Непрерывно повторяемые циклы, совершаемые каждой нагребающей лапой, можно разде-

лить на четыре периода (рис.43):

1) внедрение лапы в штабель (а-б);

2) нагребание груза на приемную плиту (б-в);

3) перемещение груза по плите до перегрузочного конвейера (в-г);

4) движение лапы вхолостую с возвратом в первоначальное положение (г-д).

От параметров загрузочного устройства, включая траектории движения кромок нагребающих

лап, формы лап, скорости их движения, зависит величина сопротивлений зачерпыванию груза из шта-

беля, нагрузки на машину и мощности приводов механизмов.

Положение лапы относительно штабеля и условия ее внедрения в штабель характеризуются

углами α и β, где α – угол между осью лапы и касательной к траектории ее движения в данной точке;

β – угол между передней кромкой приемной плиты и касательной к траектории движения лапы.

5.5. ОРГАНИЗАЦИЯ МАШИННОЙ ПОГРУЗКИ

Эксплуатационная производительность погрузочных машин решающим образом зависит от

способов транспортирования горной массы от забоя. Поэтому выбор оптимального в данных услови-

ях варианта транспортирования имеет большое значение.

Применяются следующие виды транспорта горной массы от погрузочной машины: конвейер-

ный транспорт, транспорт в вагонетках с конвейерной погрузкой, транспорт в вагонетках с организа-

цией обмена вагонеток у машины.

При магистральном конвейерном транспорте с помощью ленточных конвейеров (рис.44) по-

дача горной массы от погрузочной машины на конвейер производится не непосредственно, а через

скребковый конвейер, который позволяет достаточно просто изменять его длину при продвижении

забоя.

Транспортирование горной массы в вагонетках, подаваемых под погрузку партиями из 15-20

вагонеток, реализуется с помощью передаточного звена между погрузочной машиной и вагонеткой –

ленточного портального конвейерного перегружателя (рис.45, а) или скребкового конвейера

(рис.45, б).

Транспорт в вагонетках с организацией обмена вагонеток у погрузочной машины может быть

осуществлен в нескольких вариантах.

1. Применение перегружателя на 3-4 вагонетки (рис.46). В этом случае, если время оборота

вагонетки меньше или равно времени погрузки, то погрузочная машина без остановки загрузит

= 2

– 1 вагонеток, где z – число вагонеток в одной подаче.

Рис.44. Погрузка горной массы при конвейерном транспорте

1 – ленточный конвейер; 2 – скребковый конвейер; 3 – перегрузочная воронка;

4 – погрузочная машина; 5 – штабель в забое

Рис.45. Погрузка горной массы при

транспорте в вагонетках

1 – партия вагонеток; 2 – портальный

ленточный перегружатель; 3 –

погрузочная машина; 4 – штабель; 5 –

скребковый конвейер

Не трудно убедиться,

что при z = 3 n

= 7, а при

z = 4 n

= 15, т.е. без останов-

ки может быть загружен

практически полный состав,

формируемый при локомо-

тивной откатке.

2. Применение на-

Рис.46. Транспорт в вагонетках с обменом

вагонеток у машины при подаче партии ваго-

неток (z = 3): а – схема погрузочного комплек-

са; б – последовательность непрерывной по-

грузки вагонеток через перегружатель

1, 2, 3, … 7 – номера вагонеток в подачах

Рис.47. Погрузка вагонеток с использо-

ванием накладных разминовок (а) и на-

кладных плит или роликовых стрелок (б)

 движение груженых вагонеток;

 движение порожних вагонеток;

 направление откатки

кладных разлиновок (рис.47, а).

3. Применение накладных плит или роликовых стрелок (рис.47, б).

4. Применение перестановщиков вагонеток (талей с грузозахватным приспособлением).

5.6. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН

Производительность погрузочных машин – это количество горной массы (в кубических мет-

рах), погруженное в транспортное средство в единицу времени (в часах или минутах).

Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительности.

Теоретическая (расчетная) производительность – это максимально возможное количество ма-

териала, которое может быть погружено в единицу времени при оптимальных условиях работы и

полном техническом использовании машины.

Для одноковшовой погрузочной машины теоретическая производительность (в кубических

метрах в час):

теор к ц

Q V n



где V

– геометрическая вместимость ковша, м

; n

– теоретическое число рабочих циклов в минуту,

60/



;

– продолжительность одного цикла, с.

Для машин с перекатывающейся рукоятью Т

= 8÷10 с, для машин с шарнирной рукоятью

= 12÷15 с.

Техническая производительность – это производительность машины (ее зачерпывающего ме-

ханизма) в данном конкретном забое в час чистого машинного времени:

техн теор з ц р

Q Q K K K



где K

– коэффициент заполнения ковша; K

– коэффициент, учитывающий изменение продолжитель-

ности цикла в реальных условиях; K

– коэффициент, учитывающий дополнительное разрыхление

горной массы в процессе заполнения ковша погрузочной машины.

В зависимости от физико-механических свойств горной массы и параметров погрузки маши-

ны K

= 0,21÷1,2. При этом минимальное значение соответствует погрузке тяжелых крупнокусковых

пород при минимальном отношении сцепного веса машины к ширине ковша Р

/В = 30 кН/м; макси-

мальное значение K

соответствует погрузке относительно легких пород средней крупности при мак-

симальном отношении Р

/В > 100 кН/м.

В зависимости от ширины забоя, свойств горной массы и других условий коэффициент цикла

= 0,6÷1. Коэффициент разрыхления K

= 0,92÷0,96.

Эксплуатационная производительность машины с учетом потерь времени на подготовитель-

ные и заключительные операции, времени на обмен вагонеток, составов и различного рода простои

по организационным и техническим причинам

экспл техн м

Q Q K



где K

– коэффициент машинного времени, который определяется как отношение времени цикла Т

общего времени работы для выполнения этого цикла,

ц в с м к

Т t t t t



   

;

– время смены вагонетки под погрузкой, с; t

– время на смену составов, с; t

– простои, связанные с

работой машины, с; t

– простои, связанные с креплением забоя, его проветриванием и другими опе-

рациями, не связанными с работой машины, с.

Все составляющие общего времени, необходимого для реализации цикла погрузки, отнесены

к одному циклу.

Анализируя возможные значения коэффициентов, уточняющих техническую производитель-

ность машины, приходим к выводу, что соотношения между численными значениями теоретической,

технической и эксплуатационной производительностей погрузочной машины могут быть следующи-

ми:

теор техн экспл

Q Q Q



причем всегда Q

экспл

<< Q

теор

, поскольку, как показала практика, значения коэффициента машинного

времени K

= 0,25÷0,78.

Техническая производительность погрузочных машин с нагребающими лапами (в кубических

метрах в час) может быть подсчитана по формуле

техн л л

Q zn V



где z – число лап; n

– число циклов нагребания в минуту (частота вращения ведущих дисков, мин

–1

);

– объем материала нагребаемого за один цикл, м

Величина V

определяется конструктивными параметрами лапы (рис.48):

л с в

V K h l

 ,

где K – коэффициент, учитывающий отход машины от забоя и эффективность захвата материала из

штабеля; В – ширина захвата (ширина приемной плиты), м; h

– высота слоя материала, сдвигаемого

лапой, м; l

– глубина внедрения, м.

При этом В



+ В

(см.рис.43); h

= (1÷2)h

, где D

– диаметр приводного диска, м; В

– ши-

рина конвейера, м; h

– расчетная высота лапы, м. Обычно D

= 200÷450 мм. Угол внедрения лапы

φ ≥ 40º, а число нагребаний n

= 30÷50 в минуту.

Рис.48. Конструкция нагребающей

лапы



5.7. ВЫБОР МОЩНОСТИ ПРИВОДОВ

ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН

В настоящее время не существует достаточно точных методов расчета потребной мощности

приводов погрузочных машин, которые бы учитывали все условия эксплуатации и свойства горной

массы. Поэтому практически используют следующие методы для выбора мощности приводов. Пер-

вый заключается в экстраполяции или интерполяции показателей при определении мощности приво-

да вновь проектируемой машины. Для этого используют уже накопленный опыт проектирования и

эксплуатации погрузочных машин данного класса (ППН, ПНБ или др.).

Во втором случае мощность привода вновь проектируемой машины может быть подсчитана с

использованием удельных показателей, например, мощности, отнесенной к сцепному весу машины (в

киловаттах на килоньютон), вместимости ковша (в киловаттах на кубический метр), ширине ковша

или ширине приемной плиты (киловаттах на метр). Для этого используются показатели, рассчитан-

ные для эксплуатирующихся машин. Таким образом, мощность привода вновь проектируемой маши-

ны (в киловаттах)

н уд н

N K



где П

– базовый показатель новой машины (сцепной вес, вместимость ковша или его ширина); K

уд

–

удельная мощность,

уд

K  ;

, П

– мощность и значение соответствующего показателя известной базовой машины, наиболее

близкой по своим параметрам к вновь проектируемой погрузочной машине.