Определение основных параметров корончатых исполнительных органов комбайнов с гидроприводом для добычи крупного угля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© В.П. Плотников, 2006

УДК 622.232.7 В.П. Плотников

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОРОНЧАТЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ КОМБАЙНОВ С ГИДРОПРИВОДОМ ДЛЯ ДОБЫЧИ КРУПНОГО УГЛЯ

сновными параметрами корон-

Я^/ чатого исполнительного органа комбайна можно назвать его производительность, энергоемкость разрушения, диаметр, ширину захвата, скорость резания, ширину резцов, максимальную глубину и угол резания, скорость вращения, расстояние между резами (шаг резания).

Исследования комбайнов К-14 и К14Г, резавших угольный массив глубиной до 300 мм, показали, что энергоемкость разрушения массива уменьшилась по сравнению с серийными комбайнами с 0.96 до 0.2 кВт/ч, выход штыба снизился с 45^60 % до 23.5%, значительно увеличился выход угля крупных классов. Это доказало возможность получения большей прибыли за счет улучшения качества угля. [1, с. 152].

Отечественной промышленностью выпускаются высокомоментные низкооборотные гидромоторы серии МР мощностью до 245 кВт, которые могут найти применение в качестве двигателей корончатых исполнительных органов проходческих и выемочных угольных комбайнов [2].

Применение высокомоментных гидромоторов позволяет удалить насосную станцию с электроприводом на большое расстояние от забоя, в капитальную горную выработку или на поверхность шахты.

Потери энергии в насосе, в трубе и в гидромоторе значительно ниже, чем в кабеле, электродвигателе и редукторе ком-

байна, примерно в 1.5 раза. Кроме того, при применении гидропривода устраняется возможность взрыва метана и угольной пыли в забое шахты.

По известным формулам в теории гидропривода [2, 3] и теории резания угля [4] рассчитаны основные параметры исполнительных органов комбайнов с гидроприводом: количество резцов на исполнительном органе, теоретическая производительность комбайна и энергоемкость резания угля.

Например: требуется определить основные параметры исполнительного органа проходческого или выемочного комбайна для пласта с сопротивляемостью резания 100 кН/м.

Для нашего примера принимаем насос РНАС 250/320 с рабочим объемом q = 250см3/об, давлением рабочим Рр= 320 кГ/см2 и максимальным Рм = 400 кГ/см2. Скорость вращения ротора насоса пр = 1460 об/мин, подача насоса Р =344л/мин, мощность электродвигателя насоса N3=208 кВт, КПД объемный по= 0.92, КПД полный пп= 0.88, масса 193 кг [2, с. 157].

Для исполнительного органа принимаем гидромотор МРФ-10, работающий при давлении Рн = 16 МПа, при номинальной скорости вращения ротора пв = 90 об/мин крутящий момент этого гидромотора Мк = 2500 кГм, мощность 245 кВт, полный КПД пп = 0.94, размеры -540x540 м, масса 518 кг.

Принимаем скорость движения жидкости в трубе Уж = 2 м/с. Определим внутренний диметр трубы по формуле:

б.

1.13

344000 200 • 60

6 см .(1

)

Принимаем по справочнику конструктора - машиностроителя [5, том3, стр. 227] трубу бесшовную холоднокатаную по ГОСТ 8734-75 с наружным диаметром ^ = 85 мм, внутренним диаметром ^ = 61 мм, толщиной стенки 5= = 12 мм.

Проверяем эту трубу на прочность по формуле Центрального Котлотурбинного института им. Ползунова, рекомендованной В.Н. Хориным [3,с 240].

Р • О 200 • 8.5

5 =

2.3Я + р

= 0.44 см

+ с = ■

2.3 • 1680

+ 0.08 =

(2)

где - толщина стенки трубы, см; Р -рабочее давление, кГ/см2; Бн - наружный диаметр трубы, см; Я - допустимое напряжение, для стали марки 20, Я = 1680 кГ/см2; С - прибавка к расчетной толщине стенки, зависящая от допуска при прокатке, см.

Окончательно принимаем по В.И. Анурьеву [5, т3,с 227] стальную трубу с наружным диаметром ён = 75 мм, внутренним йе = 62 мм с толщиной стенки 5= 6.5 мм.

Определим скорость движения жидкости в трубе Уф = 1.9 м/с. Найдем число Рейнольдса:

=2945 >2300 .

Найдем коэффициент гидравлического сопротивления:

2 =

0.3164

№

= 0.0429 .

Определим гидравлические давления в трубе длиной 100 м:

ДРТ = 2-у

I V2

б-2 д

0.0429 0.9 1 0000 • 1902

(4)

0.12 МПа

1000-6.2-2-981

Для передачи гидравлической энергии в забое к комбайну принимаем гибкий резиновый высоконапорный шланг с внутренним диаметром 38 мм [2, с. 239].

Определим фактическую скорость движения жидкости в шланге, число Рей-нольдса и коэффициент гидравлического сопротивления:

Vфж = 5 м/ с ; ^ = 4798 ; Яш = 0.038 .

Потери давления в шланге длиной 100 м Д рш = 1.16 МПа.

Принимаем длину трубы 2000 м, длину шланга 200 м.

Найдем необходимое давление насоса:

Рн=Рм +20Дрт + 2Дрш= 20.7МПа (5)

Рассчитаем полную потребляемую мощность насоса

Р-О

N =

10200-60-п

= 132 кВт.

(6)

Определим скорость вращения ротора гидромотора и исполнительного органа комбайна

= <° = 344 = 34.4 о6 / мин . (7) в д 10

Принимаем скорость резания угольного массива Ур = 1 м/с, определим диаметр исполнительного органа комбайна Б:

60 - Vр

О =-р- = 0.55 м .

п -п

(8)

(3)

потери

Исполнительный орган такого диаметра может найти применение в проходческих комбайнах или в выемочных комбайнах для тонких пластов мощностью до 1 м.

Найдем сумму сил резания на исполнительном органе:

У Рр = 2М = 2:2500 = 9090 кГм. (9) ^ р D 0.55

где Мк - крутящий момент гидромотора, кГм.

По формуле, опубликованной в работе [4], можно определить количество резцов на исполнительном органе, разрушающих забой в каждый момент времени:

У Р

пз =-р- (10)

А ' hcp ' Кот ' К а ' КЬ ' Кзр ' Кфр

где hcp - средняя глубина серповидного среза, см;

Средняя глубина серповидного реза hcp связана с максимальной его глубиной hM зависимостью:

hcp = = 0.64 • hM . (11)

п

Для радиальных резцов с геометрическими параметрами, подобными резцам 3Р4-80:

п,=_УРР_=

3 А • 0.64 • hM • 0.7 • 0.76 • 1.6 • 1.2

M

У р .

=-р- (12)

0.65 • А • hM V J

Принимаем А = 100 кН/м, hM = 10 см, найдем: пз = 14.

Считая, что исполнительный орган работает на полный диаметр, все количество резцов на исполнительном органе пп равно 28.

Принимаем шаг резания (расстояние между резцами) равным hM, и 4 резца в одной линии резания, найдем ширину захвата исполнительного органа:

28

В =—• 0.1 = 0.7 , м. (13)

4

Определим теоретическую производительность комбайна по формуле:

Q = hM • пв • D • п1 • В •у =0.1 • 34.4 х х0.55 • 4^0.7 •1.3= 6.9 т/мин, (14)

где п1 - количество резцов в одной линии резания; у - объемный вес угля в массиве,

т/м3.

Энергоемкость резания угольного массива найдем по формуле:

Э =

N

132

О 6.9-60

= 0.3 кВтч/ т. (15)

2 М,

п, = 1РР =_

3 0.65 - А -Л,. 0.65А- ^-О

(16)

Для выемочного комбайна с одним исполнительным органом при челноковой выемке угля:

о > т 2

(17)

где т - вынимаемая мощность пласта, м. Тогда:

Подобным образом рассчитаны основные параметры корончатых исполнительных органов проходческих и выемочных комбайнов с разными насосами и гидромоторами для разной максимальной глубины резания и сопротивляемости угля резанию 100 кН/м. Результаты расчетов приведены в таблице.

Изложенную выше методику определения основных параметров исполнительного органа с гидроприводом можно обобщить.

п, =

2М 2

6.15-М„

0.65 -А -Л„-т Л-Л,-т

(18)

Полное число резцов на исполнительном органе пП составит:

12.3-М.

А -Лм т

(19)

Анализируя формулу (19) можно сделать вывод, что число резцов на исполнительном органе уменьшается при увеличении максимальной глубины резания, сопротивляемости угля резанию и диаметра исполнительного органа комбайна или мощности пласта и увеличивается при возрастании вращающего момента гидромотора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

пп =

1.Любощинский Д.М. Разрушение углей исполнительными органами выемочных машин /Д.М. Любощинский, Е.З. Позин, Ю.Н. Казак, И.С. Зильберт - М.: Госгортехиздат, 1961, 220 с.

2.Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горных машин: Учебник для ВУЗов / П.В. Коваль -М.: Машиностроение, 1979, 319 с.

3.Хорин В.Н. Объемный гидропривод забойного оборудования / В.Н. Хорин - М.: Недра, 1980, 415 с.

4.Плотников В.П. Расчет производительности очистных комбайнов со шнековым исполнительным органом. / В.П. Плотников "Механизация и автоматизация производственных процессов при разработке угольных пластов Кузбасса" Сборник КузНИУИ №29, 1976, с. 59-63

5.Анурьев В.И. Справочник конструктора -машиностроителя в 3-х томах: том 3 / В.И. Анурьев - М.: Машиностроение, 1979, 557 с.

— Коротко об авторах

Плотников В. П. - доцент, кандидат технических наук, Сибирский государственный индустриальный университет.