CC BY
10
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 158 1968
О ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ БАРОВОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРИ РЕЗАНИИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА
И. Г. БАСОВ
(Представлена кафедрой горных машин, рудничного транспорта и горцой механики)
Резание мерзлого грунта баровым исполнительным органом характерно тем, что режущая цепь одновременно с отделением грунта от массива производит транспортирование (подъем) разрыхленного грунта из щели, на поверхность. Режущие цепи, применяемые на землерез-ных машинах, конструктивно выполнены так, что транспортирующая поверхность отдельного кулака с зубком далеко не полностью перекрывает сечение врубовой щели, через которое поднимается разрыхленный мерзлый грунт. Поэтому активное транспортирование грунта из щели наступает только тогда, когда пространство перед рабочей ветвью цепи заполняется разрушенным грунтом. Кулаки с режущими зубками в таком случае перемещаются полностью погруженные в разрыхленный грунт и сообщают его частицам скорость, равную скорости движения цепи. Но в результате действия сил сопротивления (сопротивления стенок щели; сопротивления отдельных частиц, потерявших скорость движения; силы тяжести) средняя скорость потока разрыхленного материала всегда меньше скорости движения режущей цепи.
Следовательно, режим работы цепного режущего органа должен быть таким, чтобы производительность режущей цепи по рыхлению мерзлого грунта была меньше или равна ее производительности по удалению (подъему) продуктов рыхления из врубовой щели. Если такое соотношение не соблюдается, то чрезмерное количество разрушенного грунта скапливается в свободном сечении щели перед баром, уплотняется, затрудняет процесс отделения мерзлого грунта от массива. При этом увеличиваются усилия подачи и протягивания режущей цепи и в конечном счете резко повышается расход мощности двигателя.
Таким образом, соотношение скоростей движения режущей цепи (резания) г;р и перемещения землерезной машины должно выбираться из условия своевременного удаления продуктов разрушения грунта из врубовой щели.
Для определения условий нормальной работы барового органа рассмотрим схему образования и удаления разрыхленного грунта из врубовой щели. В общем случае баровая землерезная машина (рис. 1) прорезает врубовую щель глубиной Нщ и шириной В при угле установки бара к вертикали р.,
При установившемся режиме работы барового органа (постоянные и vn) его производительности по рыхлению и транспортированию грунта должны быть равны, т. е.
= <ЗпОД + <7п, (1)
где <2г р — производительность барового исполнительного органа по отделению грунта от массива (с учетом коэффициента разрыхления), м^/мш, Яи. — объем разрушенного грунта, затягиваемый холостой ветвью цепи на рабочую ветвь в единицу времени, м?;мин\ <Зпод — производительность режущей цени по подъему разрушенного грунта из врубовой щели, м3/мин; <7п — количество разрыхленного грунта, проходящего из забойного пространства врубовой щели в зазоры между ее стенками и плитами бара, м3/мин.
Рис. 1. Схема циркуляции штыба во врубовой щели при ' резании мерзлого грунта баровой машиной
Производительность режущей цепи по образованию рыхлой массы мерзлого грунта может быть найдена из выражения
(¿Гр = Нт-В-<ип-кР9 м^/мин, (2)
где кр — коэффициент разрыхления грунта. Количество разрыхленного грунта, проходящего из забойного пространства врубовой щели в зазоры между ее стенками и плитами бара, может быть найдено из выражения
дп = Нщ(В — Т)ъп, м3/ман, (3)
где Г—толщина направляющей рамы бара, ж.
Объем грунта, затягиваемый холостой ветвью цепи на рабочую в единицу времени
= м?1мин, (4)
где /с, — коэффициент пропорциональности.
Объем грунта, подлежащего выносу из врубовой щели в единицу времени на основании (1) и (4) будет равен
<Зпод = <3гР + <7п(к1 — 1), м^/мин.
Заменяя в последнем уравнении (2гр и их значениями, из (2) и (3) найдем, что
<2под ==ЯЩ^П [В(КР — КХ + 1) + Т(КХ + I)], М3/М2Н. (5)
Таким образом, для нормальной работы режущей цепи необходимо, чтобы транспортирующая способность ее обеспечивала своевременное удаление разрушенного грунта, т. е. должно соблюдаться условие
<2под> Qrp + ?n(tfi— 1). (6)
Как уже выше было отмечено, режущая цепь, снимая стружку мерзлого грунта толщиной Л, образует в единицу времени объем рыхлой массы Qrp, из которой часть удаляется на поверхность Qnод, а другая часть q0CT остается в щели (рис. 1).
Поскольку мы выше условились рассматривать режущую цепь в вертикальном врубе как транспортное средство* непрерывного действия, то его производительность будет равна
QnoÄ = 60-5-г>шт-агп, м*1мин, (8)
где 5 — площадь поперечного сечения потока рыхлого грунта, равная средней площади поперечного сечеция свободного пространства перед режущей цепью, м2; VuiT — скорость потока грунта, м сек; кп — коэффициент плотности потока грунта в сечении 5. Средняя площадь поперечного сечения забойного пространства врубовой щели перед рабочей ветвью режущей цепи, которое заполняется разрушенным мерзлым грунтом, можно принять равным
S = m-B-a9 м\ (9)
где т — коэффициент увеличения сечения S за счет пространства между-кулаками цепи; а —вылет режущих зубков, м. Предельную производительность режущей цепи по подъему разрушенного грунта из врубовой щели, соответствующую максимально возможной скорости подачи машины, можно найти из выражения
S * х) * к
Qпод.шах = 60 -Р-П- , M^lMUH, (10)
К
где к = — коэффициент, указывающий, во сколько раз ско-
'с'шт
рость движения режущей цепи больше скорости потока штыба.
В период, близко предшествующий состоянию, когда будет нарушено условие (6), плотность потока грунта можно считать максимальной, т. е. кп = 1. Тогда, подставив в уравнение (10) значение S, из (9) получим
<3под.тах = 60 --РJLHL ^ < (11)
К
Приравнивая правые части уравнений (Г) и (11), найдем при соблюдении условия (6) значение коэффициента, характеризующего скорость потока разрыхленного грунта,
^ ____60Bvpam__■
H*vn\B (кр _ Kl+ 1)+ 7Ч*, + 1)
или максимально возможную скорость подачи при данной скорости резанию
fn.max =--- ---V----, м MUH, (13)
Нщ-к[В(кр-к{ + 1) + Т(кх + 1)
или минимально возможную скорость движения режущей цепи при данной скорости подачи
_ Явд-к-од [В(кр -кх + 1)+Т(к{ + 1)\
УршШ —
60-В-а-т
м сек.
(Н)
На рис. 2 представлены графики зависимостей (13) и (15), построенные в виде номограммы для барового исполнительного органа типа
КМЬ1 при к — 1,5; /ср—2; /с, =0,5, р = 0; т =Ц25 [1]. По номограмме, зная глубину щели для данной скорости резания, можно найти предельно возможную скорость подачи машины по транспортирующей способности режущей цепи. Для той же скорости резания в верхнем квадранте номограммы может быть найде-на> предельная толщина стружки для данных и vn. .Так, например, при мсек и
//щ—1,3 м предельная скорость подачи г'п.тах = 128 м;яас и = ^16 мм. С повышением скорости резания для данной глубины щели предельная толщина струж-кй уменьшается. С увеличением Нщ максимально возможная толщина стружки также должна уменьшиться.
Из уравнения (15) видно, что при нарезании щелей в мерзлом грунте одинаковой глубины вертикально поставленным или наклонным баром, в последнем случае, при прочих равных условиях, предельная толщина стружки всегда будет меньше. Следовательно, и энергетические показатели этих двух случаев резания грунта будут неодинаковыми.
Таким образом, параметры, характеризующие режим работы цепного исполнительного органа при резании мерзлого грунта, выбранные по оптимальным энергетическим показателям, должны проверяться из условия транспортирующей способности режущей цепи по предлагаемой методике.
Рис. 2. Номограмма для определения предельных режимов работы барового исполнительного органа типа КМП
1961
ЛИТЕРАТУРА
1. В. П. Фомичев. Расчет нагрузок на врубные машины. М., Госгортехиздат,
2. А. И. Барон, А. С. Казанский, Б. М. Лейбов, Е. 3. П о з и н. Резание угля. М., Госгортехиздат, 1962.
