CC BY
18
УДК 622.063.23
Д.А.СИДЯКИН
Пермский государственный технический университет
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И КОНСТРУКЦИИ ШНЕКОВОГО ГРУЗЧИКА ПРОХОДЧЕСКО-ОЧИСТНОГО
КОМБАЙНА
Установлено, что наибольшее влияние на производительность шнека проходческо-очистных комбайнов оказывает диаметр ступицы. Для обеспечения максимальной производительности необходимо, чтобы диаметр ступицы был в 3,3 раза меньше диаметра лопасти шнека.
It is established that the hub diameter critically affects the performance of the auger-type heading-and-winning machines. To secure the maximal output the hub diameter should be 3.3 times smaller than the auger blade diameter.
Шнеки проходческо-очистных комбайнов обеспечивают выравнивание почвы выработки, перемещение и погрузку горной массы. Исполнительно-погрузочные шнеко-вые органы потребляют около трети подводимой к комбайну энергии, оказывают существенное влияние на гранулометрический состав руды и имеют сравнительно небольшой диаметр (до 710 мм).
При условии, что груз перемещается в
осевом направлении, производительность
*
шнека
л
Q _- (D2 - Dfl2)K^ Köq(S -
8N,
4
cos a
)Y,
где Dл, Dс - диаметр шнека соответственно по лопастям и ступицы; Кзап , Кц - коэффициенты заполнения и циркуляции; ю - частота вращения шнека; S, 5 - средний шаг и толщина винтовой линии; N - число заходов; а -угол подъема винтовой линии; у - насыпная плотность груза.
Из расчетной схемы шнекового грузчика (рис.1) видно, что коэффициент заполнения
F — F F
K _ к c _ 1 — c
FK
FK
Миничев В.И. Угледобывающие комбайны. Конструирование и расчет. М.: Машиностроение, 1976. 248 с.
где F0=Fl-F2; Fc, F1, ^2, и Fк - площадь соответственно незаполненного, большого и малого сегментов и кольца.
После подстановки F1, F2, Fк и обозначения Р = 14 К б ю^ - 5Ы з/оо8 а)у получим
Fc = 1/4 (De2arccos(Dc - 2h|Dъ) --(Dc -2hy¡D^(D^-lИ)2-
(
— Dc arccos
1 —
2h
D
+
c J
+ (Dc — 2hWDc2 — (Dc — 2h)2);
Kзап _ 1 — [Dj arccos
' Dc — 2h ^
v Dj у
— (Dc — 2hW Dj — (Dc — 2h)2 —
f
— Dc arccos
. 2h
1--
D.
+ (Dfl — 2h) x
c J
xj D2 — (Dfi — 2h)2]/KD2 — D2)];
Q _ Р[л(De2 — Dfl2) — De2 arccos
' Dfl — 2h >
V De У
+
+ (Dc — 2h)V De2 — (Dfl — 2h)
+
+ Dc arccos
Л
. 2h 1--
v Dc у
— (Dc — 2h) x
>2 — (Dfi — 2h)2 ],
/SSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.181
2
x
Fc
дQ / дDc
D„, м
Рис. 1. Расчетная схема шнекового грузчика
Рис.2. График функции дQ / дDс
дQ / дh
h, м
Q, т/мин
Dс, м
Рис.3. График функции дQ / дh
Рис.4. График функции Q(Dс)
0,8
0,6
0,4
Dс, м
Рис.5. График функции Кзапфс)
Санкт-Петербург. 2009
где h - отклонение линии средней площади перемещаемого груза от касательной к ступице шнека.
При постоянных значениях Dc и Dл параметр h характеризует влияние площади поперечного сечения груза на производительность шнека.
При постоянном значении диаметра лопасти производительность шнека зависит от диаметра ступицы Dc и отклонения h. Проведенные исследования показали, что наибольшее влияние на производительность шнека оказывает диаметр ступицы и для всех его значений имеется область возрастания, убывания и точки максимума функции.
Экстремальные значения функции, определяемые по условиям 8Q/8Dc = 0 при h = const и 8Q/8h = 0 при Dc = const, имеют вид
Dñ (arccos- (1 - 2h/Dñ) -n)+ <+V De2 - (Dñ - 2h)2 -y¡ Dñ - (Dñ - 2h)2 = 0; ^Dñ2 - (Dñ - 2h)2 = 0.
По данным уравнениям построены графики функций, приведенные на рис.2 и 3.
Функция 8Q/8Dc (см. рис.2) изменяется по закону, близкому к линейному, имеет положительные и отрицательные значения, что свидетельствует о существовании областей возрастания и убывания производительности при увеличении диаметра ступицы.
Функция дQ/дh корней не имеет (см. рис.3), а производительность шнека Q = ДН) достигает экстремальных значений на границах интервала.
Из-за малого влияния отклонения Н на производительность шнека функцию Q =/ (Д^ Н) можно рассматривать как функцию одной переменной Q =/ (D0), а Н = 0. Тогда
Е¥м (DЙ) = 1 - [De2 arccos(Dс/De) --^Д-О2]/КDe2 -О2)]; Q(Dc) = Рп(Dл2 - Д2 )(1 - [Dл2 arccos(Dc|Dл) -- О^Д2 - Д2 ]/н- О2)].
Графики функций Q(Dc) и Кзап(Ос) представлены соответственно на рис.4 и 5.
Производная от функции Q(Dc) по диаметру ступицы имеет вид
dQ(Dc)/dDc = 2Р(Л\Д - О2 -тДс).
Из условия нахождения экстремумов функций (dQ(Dc)/dDc = 0) оптимальный диаметр ступицы
О,, = О^л/Т+я2 = Ол/3,33.
Таким образом, для обеспечения максимальной производительности шнекового грузчика необходимо, чтобы диаметр ступицы был в 3,3 раза меньше диаметра лопасти шнека.
Научный руководитель доц. Н.В.Чекмасов
140 -
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.181
