Основные расчетные зависимости и принципы выбора рациональных параметров выемочно-доставочной подсистемы агрегата для тонких пологих пластов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

© В.В. Козлов, 2003

УЛК 622.232.7;622.273 В.В. Козлов

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ И ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЫЕМОЧНО-АОСТАВОЧНОЙ ПОАСИСТЕМЫ АГРЕГАТА АЛЯ ТОНКИХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ

Одной из основных задач при разработке агрегатов для тонких пластов является минимизация размеров входящего в них оборудования.

Величина конструктивной площади поперечного сечения конвейера фронтального стругового агрегата в общем случае определяется величиной площади поперечного сечения грузопотока полезного ископаемого на выходе с него. Ее минимальное значение может быть найдено из условия равенства производительностей исполнительного органа и конвейера /с учетом некоторого запаса для конвейера/ согласно формуле Q ф $ _ агР ,к' ,

к.шіп у -у зп

к

где $ - минимальная

к.шіп

поперечного сечения рештака

конструктивная площадь конвейера, мі;

Q -

агр

V - скок

рость конвейера, м/с; ф - коэффициент разрыхления угля; у - плотплотность угля, т/м1 или с учетом того,

производительная сила органа агрегата, т/с;

Q _ Ь - И - Н-у

^агр

г - V /V , X к

(1)

Ь - длина лавы, м; И - глубина

где V /V = К X к з

резания; Н - вынимаемая мощность пласта, м; Г - число резцов в линии резания; V - ско-рость резания, м/с;

X

К - коэффициент запаса конвейера по производи-зп

тельности, т/мк

5 . = Ь ■ Н ■ Н-ф-г ■ к /Ь ,

к.шт з ц

где ь - длина тяговой цепи исполнительного органа, м.

ц

Однако, характерной особенностью работы фронтального стругового агрегата является то обстоятельство, что простое равенство номинальных производительностей входящих в его состав исполнительного органа и конвейера еще не гарантирует их нормального совместного функционирования. Необходимо также должным образом выбрать соотношения скоростей перемещения их тяговых цепей [3, 5, 6, 11] другими словами; формула (I) справедлива не для всех, а лишь для оптимальных значений.

го органа

к _

_ пк

к

- 2 - і

Использование режимов работы с соотношениями скоростей исполнительного органа и конвейера, не относящимся к ряду оптимальных, вызывает необходимость увеличения конструктивной площади поперечного сечения конвейера по сравнению с минимально возможной, что для условий тонкого пласта является нежелательным.

Согласно [4] оптимальные значения к полностью определяют-

з

ся числом кареток исполнительно-могут быть найдены по формуле:

(2)

п

к

где і = 0, 1, 2, 3,

1

к /2. Таким образом, в качестве первого шага в процессе поиска рациональных параметров выемочно-доставочной подсистемы фронтального стругового агрегата может служить выделение возможных сочетаний к , П таких их наборов, кото-

з к

рые удовлетворяют условию (2). К этим наборам могут быть добавлены значения толщины отделяемой стружки угля Ь, при заданном уровне производительности одно-

значно определяемые значениями к

3

п

к

согласно

$

формуле

ь

и _-Ц — .

Ь ф- Н - г - Ь - к г

к

- к

зп з

Суть дальнейшего поиска заключается сопоставлении реальных возможностей, предоставляемых теми или иными наборами в конкретных горно-геологических условиях, рядом с требований к работе выемочнодостаточной подсистемы.

В число требований входят:

1. Обеспечение равенства производительности струговых кареток.

2. Обеспечение рационального режима резания.

3. Обеспечение требуемой сортности добываемого угля.

4. Обеспечение нормальной работы в заданном диапазоне сопротивляемости угля резанию.

5. Обеспечение высоты погрузочного окна, образованного верхней кромкой забойного борта конвейера и вышележащими элементами другого оборудования агрегата, достаточной для прохода крупных кусков полезного ископаемого.

Далеко не любой набор параметров к , п и может

з к

обеспечить работу подсистемы «исполнительный орган-конвейер» в соответствии со сформулированными требованиями, тем более, что многие из них в достаточной степени противоречивы.

В самом деле, согласно требованию, изложенному в [9] шаг установки резцов должен быть близким к оптимальному и определяется для значения толщины отделяемой стружки по формуле [8, 10].

и

3

что

7,5 + 0,3-Н + (Ь - 2

Н + 0,65 I Р

■к

ш

где Ь - ширина режущей кромки резца, см; к - кор ш

эффициент, зависящий от хрупкопластических свойств разрушаемого угля.

Значение 1ш в совокупности с величиной вынимаемой мощности пласта Н определяет количество линий резания, а, следовательно, и общее количество резцов, устанавливаемых на каретках агрегата. Однако, при заданном числе последних, эти резцы не всегда возможно распределить между отдельными каретками таким образом, чтобы они вынимали пачки угля одинаковой мощности, что ведет к нарушению требования изложенному в [7].

Другой пример. Уменьшение толщины снимаемой стружки позволяет расширить диапазон применимости агрегата по фактору сопротивляемости угля резанию [1]. Однако это не может привести к ухудшению сортности добываемого угля сверх установленной нормы [2].

Помимо отбраковки ряда вариантов набора параметров в процессе поиска конкретизируются значения других параметров подсистемы «исполнительный орган-конвейер», входящих в наборы, прошедшие контрольную проверку, таким, например, как число резцов, устанавливаемых на одной каретке, высота бортов и ширина желоба конвейера, шаг установки резцов, скорость перемещения исполнительного органа, верхняя граница диапазона применяемости по фактору сопротивляемости угля резанию.

Как показывают расчеты, выдвинутая система требований позволяет выдвинуть для окончательного рассмотрения весьма небольшое число возможных сочетаний параметров подсистемы «исполнительный орган-конвейер» фронтального стругового агрегата для выемки тонких пологих пластов, тем более, если ее дополнить пунктом, требующим максимально возможного уменьшения площади поперечного сечения слоя угля на машинной дороге и коэффициента запаса конвейера по производительности, обусловленного наличием просыпания.

В заключение этого параграфа остановимся более подробно на определении размеров конвейера.

Скребковые конвейеры, предназначенные для доставки угля из лавы, выполняются в основном, по одной из следующих конструктивных схем:

- с тяговой цепью, замкнутой в вертикальной плоскости (рис. 1);

- с тяговой цепью, замкнутой в горизонтальной плоскости (рис. 2).

Для обоих случаев величина конструктивной площади поперечного сечения конвейера может быть рассчитана согласно [4] формуле:

,2 (Ь-^“- Нд^

5 = Н -Ь + 0,5/V гУД_ (УД_

Ь ■ tga - -

(3)

tga + tgP

где н - глубина желоба конвейера, м; Ь - ширина Н ж Ж

желоба конвейера, м; Н - высота дополнительного

д

борта конвейера, м; в - угол откоса материала на конвейере со стороны установки дополнительного борта, рад.

Высоту дополнительного борта конвейера рекомендуется выбирать равной Нд = 0,5 - Ьж ■ , (4)

ибо дальнейшее ее увеличение не ведет к сколь либо существенному изменению величины конструктивной площади его поперечного сечения.

С учетом (4), (3) запишется:

5 = Н -Ь + к'-Ь2 , (5)

/V

где ' (л 0,25 ■tga.

к = 0,5 ■ I 1--2— I ■ tga

{ yga + tgPJ

Естественным желанием при проектировании конвейера для работы в составе агрегата для выемки тонких пластов является желание уменьшить высоту его бортов (а следовательно и глубину его желоба). Однако, процесс такого уменьшения не может быть бесконечным, и последняя имеет свою границу, которая определяется с одной стороны конструктивными особенностями скребковых конвейеров, а с другой - конструктивными особенностями агрегата в целом. Так, например, борт конвейера может использоваться для установки направляющих исполнительного органа.

Обозначим минимально допустимое значение глубины желоба конвейера через н .

ж.шт

При заданном уровне производительности задача теперь заключается в соответствующем выборе ширины желоба конвейера, обеспечивающей требуемую величину конструктивной площади его поперечного сечения

5к , определяемую по формуле

ф- к 'зап

агр

(6)

V,-у

Рис. 1. Поперечное сечение лавы, оборудованной конвейером с вертикально замкнутой тяговой цепью

Рис. 2. Поперечное сечение лавы, оборудованной конвейером с горизонтально замкнутой тяговой цепью

Необходимая величина Ь может быть получена из уравнения (5) при подстановке в него Н ■ вместо

Ж . Ш1П

Н ж и правой части выражения (6) вместо 5к :

Н

b ж. min +

P-kзп -Q

агР . (У)

J/C. ППП ^ ^ JrC.HHH +

2-k ЦН-(К) к Vk-Y

Знак «+» перед радикалом в формуле (7) взят потому, ЧТО должно выполняться условие b > 0 •

Однако не всякое значение Ьж, рассчитанное по

формуле (7) можно считать приемлемым. Слишком большая величина b требует значительного увеличения бессточного пространства (а это не всегда возможно, особенно на пластах с неустойчивой кровлей), ухудшает условия вписываемости оборудования агрегата в поперечное сечение лавы. Максимально допустимое значение Ьж определяется геометрическими параметрами и

конструктивными особенностями применяемого типа крепи, исполнительного органа, а также требованиями эксплуатации и техники безопасности. Так, например, обязательным является наличие определенных размеров прохода для обслуживающего персонала.

В такой ситуации приходится идти на увеличение глубины желоба конвейера, принимая его ширину равной максимально допустимому значению b .По-

ж.тах

требное значение H при этом находится по фор-

ж.тт

муле, получаемой путем подстановки в (5) вместо

Ь его максимально допустимого значения b , а

ж ж. max

вместо Sk - правой части выражения (6):

P - kзп - Q„-,„ ,

H = _—зп—f£q^ _ k b

„ (В)

Ьж-Ух'Y

Область применения формулы (У) или (В) следует определять следующим образом.

Найдем величину конструктивной площади поперечного сечения конвейера с глубиной желоба H . и г J ж^ш

его шириной - b . Согласно (З) она составит:

ж. max

S'кр Н ж.min b ж. max + к b ж. max

В этом случае, если рассчитанное по формуле (б)

значение S > S , то вычисление необходимо произ-

k кр

водить по формуле (В), если же Sk < S , то по формуле (У).

Увеличение глубины желоба конвейера ведет к уменьшению высоты погрузочного окна (рис. l и З), поэтому после вычисления H по формуле (В) необхо-

ж

димо проверить, не является ли новое значение H2 меньшим допустимого H2д. Т.е. должно выполняться условие:

Н2 > H2d , где Н2 = Н _ Нп _ Ак, Ак - расстояние от кровли выработки до нижней части оборудования агрегата, размещенного в зоне погрузочного окна (рис. l и З), м.

Высота борта конвейера Н для конвейеров с горизонтально замкнутой цепью может быть принята равной Н , а для конвейеров с вертикальным замыканием цепи 2 - Н .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Базер Я. И, Крутилин В. И, Соколов Ю.Л. Проходческие комбайны. - М., Недра, 1974.

2. Докукин А.В., Фролов А.Г., Позин Е.З. Выбор параметров выемочных машин, М., Наука, 1976 -144 с.

3. Балаклейский С.П. Формирование грузопотока полезного ископаемого на конвейере стругового агрегата для выемки угля из тонких пологих пластов. М., - 1981 с рукописи представлена Московским горным институтом в ЦНИИТЭИТЯЖМАШ 29 сентября 1981г., □ 805.

4. Бала клейский С.П. «Исследование и выбор параметров системы «струг-база» фронтального агрегата для выемки угля из тонких пологих пластов». Дисс., М., 1982-223 с.

5. Кириллов М.А. Исследование и определение рациональных параметров системы «исполнительный доставочный орган» современных выемочных комплексов и агрегатов. Ав-тореф. Дисс. Канд.техн.наук. - М.. 1970 - 17 с.

6. Кравцов Ю.В. Исследования нагрузок в тяговом органе и установление рациональных параметров скребковых конвейеров фронтальных агрегатов, Дисс. к.т.н., М., - 1980 - 157 с.

7. Методика определения экономической эффективности и использование в угольной промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М., ЦНИИЭИуголь, 1976, 452 с.

8. Основы выбора параметров струговых установок для угольной

промышленности. Отв. ред. Позин Е.З. - М.. «Наука», 1980-166с.

9. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. М., ИГД им. А.А. Скочинского, 1976, 579 с.

10. РТМ 12.14.001-77. Машины очистные. Струговые установки. Расчет сил на резцах струга. Методика. М., Минуглепром, СССР, 1977 - 49 с.

11. Топчиев А.В., Коленцев М.Т., Шнильберг И.Л. и д.р. К вопросу создания комплексов и агрегатов с исполнительными органами строгающего действия. Увязка параметров исполнительных и доставочных органов. В кн. Научные труды Московский горный институт. Под ред. А.В. Топчиева, М., МГИ, 1968, с. 28-44.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------

Козлов Валерий Владимирович - кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.