СРОП № 6
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ
ПАРАМЕТРОВ ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
5.1 Цель работы
Изучить конструкцию и принцип действия погрузочных машин циклического действия, научиться определять их основные параметры.
5.2 Общие сведения о типах, конструкциях
и принципе их работы
Для механизации погрузки горной массы в транспортные средства на подготовительных работах при буровзрывном способе проведения подземных выработок широко применяются погрузочные машины, осуществляющие захват горной массы, отделенной от массива взрывными работами, и перегрузку ее на следующую транспортную установку с подъемом горной массы на соответствующую высоту. Главными признаками, по которым классифицируются погрузочные машины, является:
тип исполнительного органа, т. е. способ захвата горной массы, отделенной от массива взрывными работами — нижний, верхний, боковой;
передача груза на последующее транспортное устройство — прямая, ступенчатая;
принцип действия исполнительного органа, определяющий работу захватывающего механизма той или иной машины во времени, — периодический или непрерывный.
Принятая индексация погрузочных машин основана на единой системе символов. Ковшовые машины - буквенный шифр ППН (погрузочная, периодического действия, нижнего захвата), машины с нагребающими лапами — буквенный шифр ПНБ (погрузочная, непрерывного действия, бокового захвата).
Типоразмер машины обозначается цифрой после буквенного шифра.
Машины изготовляются с пневматическим приводом, с рельсовым или гусеничным ходом.
К зачерпывающим устройствам периодического действия относятся:
1) ковш на стреле, заполняющийся горной массой при движении вперед и вверх по откосу;
2) скрепер — ковш специальной формы (без передней стенки и днища), заполняющийся путем зачерпывания при движении скрепера по верху штабеля горной массы.
Погрузочная машина ППН – 1С прямой погрузки пневматическая на колесно-рельсовом ходу (рисунок 5.1) состоит из исполнительного органа 1 ковшового типа с рукоятью, ходовой тележки 2, поворотной платформы 3 с лебедкой для подъема ковша, двух двигателей 4 и механизмов управления 5.
1 – ковш; 2 – ходовая часть; 3 – поворотная платформа;
4 - пневмодвигатель; 5 – механизм управления
Рисунок 5.1 – Погрузочная машина ППН – 1С прямой погрузки
В ковшовых погрузочных машинах ковш закрепляют на перекатывающейся рукояти или шарнирной стреле.
В машине с креплением ковша на рукояти (рисунок 5.1) ковш поднимается цепью, навиваемой на барабан лебедки. При подъеме ковша обе дуги рукояти перекатываются без скольжения по направляющим поворотной платформы, что достигается с помощью двух пар канатов стабилизации. Поворотная платформа вместе с исполнительным органом опирается на ходовую тележку и разворачивается в обе стороны на 30÷350 с помощью пневмоцилиндров.
Серийно выпускались машины с ковшом на перекатывающейся рукояти типа ППН – 1С, ППН – 2С, ППН – 3С, с вместимостью ковша от 0,125 до 0,5 м3, а также машина типа 1ППН5 с ковшом на шарнирной стреле с задней его разгрузкой. Эти машины постепенно заменяются машинами с боковой разгрузкой ковша, которые обеспечивают сокращение длительности рабочего цикла за счет уменьшения длины пути ковша, возможность работы машины в сочетании с конвейерным и рельсовым транспортом.
5.3 Определение основных параметров погрузочных машин на
рельсовом ходу для проходки подготовительных горных выработок
5.3.1 Задача
Определить основные параметры погрузочной машины на рельсовом ходу для проходки подготовительных горных выработок.
При решении задачи необходимо определить:
- сопротивление породы внедрению ковша;
- необходимый вес машины;
- толщину и ширину зачерпываемого ковшом слоя породы;
- мощность двигателя механизма передвижения;
- техническую производительность машины;
- мощность двигателя механизма подъема ковша.
Проверить правильность найденных значений веса машины и мощности привода механизма хода из условия равенства сил тяги по двигателю и сцепления.
Исходные данные принять из таблицы 5.1.
Таблица 5.1 – Исходные данные к задаче
Показатели | Варианты | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
Порода | Граниты | Железные руды | Кремнис тый сланец | Сланцы | Песча ник | Квар циты | |
Плотность g×103, кг/м3 | 3,8 | 3,9 | 3,1 | 2,5 | 2,7 | 4,0 | |
КФ | 0,9 | 0,9 | 0,8 | 0,7 | 0,7 | 1,0 | |
Содержание кусков, в мм до, % | 100 | 40 | 50 | 30 | 60 | 50 | 40 |
200 | 30 | 20 | 30 | 20 | 30 | 20 | |
300 | 20 | 20 | 20 | 10 | 10 | 20 | |
400 | 10 | 10 | 20 | 10 | 10 | 20 |
Проектируется ковшовая погрузочная машина на рельсовом ходу.
Для заданной сопротивляемости внедрения ковша в отбитую горную массу КF, Па, и кусковатости породы (
) определяется необходимый вес машины GM, Н,
, (5.1)
где WЭ – сопротивление породы внедрению ковша, Н;
yСЦ – коэффициент сцепления колес машины с рельсами (в расчете принимается yСЦ = 0,2).
, (5.2)
где b – ширина ковша, м;
h - толщина зачерпываемого слоя породы, м;
КФ – коэффициент формы ковша;
КК – коэффициент кусковатости породы;
KF - удельное сопротивление пород внедрению ковша
 |
При условии, что кусковатость отбитой горной массы представляет следующий кондиционный состав (таблица 5.2):
Таблица 5.2 – Кондиционный состав отбитой горной массы
Размер кусков породы, мм (кусковатость) | Содержание в отбитой массе, % |
| 40 |
| 30 |
| 20 |
| 10 |
Коэффициент KF для различных пород имеет следующие значения (таблица 5.3):
Таблица 5.3 – Удельное сопротивление пород внедрению ковша
Порода | KF, Па |
Глина, сланцы |
|
Песчаник |
|
Железная руда |
|
Гранит, кремнистый сланец |
|
Кварциты |
|
Коэффициент кусковатости породы KK имеет следующие значения (таблица 5.4):
Таблица 5.4 – Коэффициент кусковатости породы
|
|
|
|
|
KK | 1,0 | 0,8 | 0,6 | 0,3 |
При стандартной кондиции кусков отбитой горной массы коэффициент кусковатости определяется как
при нестандартной
и т. д.
Коэффициент формы KФ зависит от формы боковых стенок ковша машины:
Kф=0,7 Kф=0,8 Kф=0,9 Kф=1,0
Рисунок 5.2. – Формы ковшей погрузочной машины цикличного действия
Толщина зачерпываемого ковшом слоя породы h, м, принимается с учётом кондиционного состава отбитой горной массы
,
а ширина b
.
Внедрение ковша в отбитую горную массу осуществляется движением всей машины. Мощность двигателя механизма передвижения NХ, кВт определяется как
, (5.3)
где J – скорость движения машины, м/с (в расчёте принимают J = 0,95÷1,25м/с);
KЗ=1,2 – коэффициент, которым учитывают расход мощности на перемещение самой машины с прицепленной к ней вагонеткой и сопротивление уклона выработки;
η=0,75 – кпд привода механизма передвижения машины.
Основное сопротивление движению машины WO, Н, определяется по формуле
(5.4)
где GM – вес машины, Н;
GB – вес вагона с грузом, Н(принять GB = 18000 Н);
wО – коэффициент трения в буксах колес (при подшипниках качения wО = 0,016).
Определяем дополнительные сопротивления.
Сопротивление от уклона пути WУ, Н,
(5.5)
где a - уклон пути (a = 2÷30).
Сопротивления криволинейной части пути WК, Н,
(5.6)
Сопротивления от сил инерции WИ, Н,
(5.7)
где kИ – коэффициент инерции (kИ = 0,1);
JМ – маневровая скорость машины, м/с (JМ = 1,25 м/с);
S – путь, проходимый машиной при заполнении ковша, м (S = 0,5 м);
g – ускорение силы тяжести, м/с2.
Суммарное сопротивление åW, Н,
(5.8)
Правильность найденных значений веса машины (5.1) и мощности привода её механизма хода (5.3) проверяется условием равенства сил тяги по двигателю FТМ и сцепления FТСЦ (рисунок 5.3). FТМ ≈ FТСЦ (разница не более 1000 ÷ 1500Н).
GM
V
FТМ
FТМ
FТСЦ
МЦВ
МЦВ – мгновенный центр вращения-качения колёс
без пробуксовки при FТМ=FТСЦ
Рисунок 5.3 – Схема сил, приложенных к тяговым колёсам машины
Сила тяги по двигателю:
(5.9)
Или
(5.10)
где МВР – момент вращения колеса машины, Н×м;
R – радиус колеса машины, м (диаметр колеса D = 2 R = 0,55 м).
(5.11)
где wК – угловая частота вращения колеса, с-1
(5.12)
где nK - частота вращения колеса, об/мин
(5.13)
где J – скорость движения машины, м/с (см. выше);
D - диаметр колеса, м.
Сила тяги по сцепному весу:
(5.14)
При большом отклонении FТМ от FТСЦ проводится корректировочный перерасчёт.
Определяется техническая производительность машины QТЕХ, м3/мин, по формуле
, (5.15)
где tЦ – время одного цикла черпания горной массы, с (tЦ=8 ÷ 12с);
– число черпаний в минуту;
Е – ёмкость ковша машины, м3;
KР=1,4÷1,5 – коэффициент разрыхления породы;
KН=0,8÷0,9 – коэффициент наполнения ковша породой.
Ёмкость ковша Е принимается в зависимости от веса машины GМ (таблица 5.5).
Таблица 5.5 - Зависимость емкости ковша от веса машины
GМ, кН | 30÷35 | 40÷50 | 50÷60 | 100÷120 |
Е, м3 | 0,2÷0,25 | 0,3÷0,4 | 0,5÷0,6 | 0,8÷1,0 |
Эксплуатационная производительность машины QЭКСП, м3/смену,
(5.16)
где ТСМ – продолжительность смены, мин (ТСМ = 360÷420 мин);
kИ – коэффициент использования машины во времени(kИ = 0,4÷0,6).
Определяется мощность двигателя механизма подъёма ковша (ковш прикреплён к кулисам) NК, кВт,
, (5.17)
где K=1,8÷2 – коэффициент "тары" (ковша, кулис);
γ – плотность породы, кг/м3 (γ=(2,5÷4)×103 кг/м3);
g =9,81м/с2 – ускорение силы тяжести;
Н – высота подъёма ковша с горной массой, м (Н=2÷3 м);
h=0,6 - кпд привода механизма подъёма.
