Расчет производительности комбайна и усилия подачи

4.Расчет производительности комбайна и усилия подачи.

Для расчета производительности необходимо предварительно рассчитать максимальную скорость подачи комбайна в данных условиях.

Мощность на валу исполнительного органа

N_и.о.=N_дв*η_р, кВт,
где N_дв – мощность двигателя резанья, кВт;
       η_р – КПД редуктора.

N_и.о=450_*0,81=364,5 кВт.

Момент на валу исполнительного органа

М_и.о.=160 N_и.о/n_и.о., Н_*м,
где n_и.о. – частота вращения шнека, с^-1.

М_и.о.=160_*364,5/0,5=116640 Н_*м.

Среднее усилие на резце

P_ср=2 М_и.о./(z_к*D_и.о.), Н,
где z_к – число резцов, находящихся в контакте с забоем,

z_к=z_оп=z/2,    z_оп – число резцов опережающего шнека;

       D_и.о. – диаметр исполнительного органа, м.

P_ср=2_*116640/(24_*2,44)=3983,6 Н.

Максимальное усилие резания

P_max=k_p*P_ср, Н (1),
где k_p=1,55 – коэффициент, учитывающий схему резания.

P_max=1,55_*3983,6=6174,5 Н.

Кроме того, максимальное усилие резания можно вычислить по формуле

P_max=A_*h_max*k_б*k_в*k_α*k_ψ*k_з*k_зд, Н (2),
где A=195 Н/мм – сопротивляемость угля резанью;

      h_max – максимальная толщина стружки, срезаемой единичным резцом, мм;

k_б=0,6 – коэффициент степени блокирования рабочих резцов;

k_в – коэффициент, учитывающий влияние на величину усилия резания ширины рабочего резца,

k_в=1+0,04(b-20),
где b – ширина резца, мм,

k_в=1+0,04(25-20)=1,2;

k_α=1,75 – коэффициент, учитывающий влияние угла резания данного резца по сравнению с эталонным;

k_ψ=1,22 – коэффициент, учитывающий влияние угла наклона боковых режущих кромок резца;

k_з – коэффициент затупления,

k_з=λ_*с+1,
где λ=0,08 – коэффициент износа;

с=2 мм – линейный износ.

k_з=0,08_*2+1=1,16;

k_зд=0,7 – коэффициент состояния забоя и динамичности работы.

Приравняв между собой формулы (1) и (2), можно найти максимальную толщину стружки:

h_max=P_ср*k_p/(A_*k_б*k_в*k_α*k_ψ*k_з*k_зд)=3983,6_*1,55/(195_*0,6_*1,2_*1,75_*1,22_*1,16_*
*0,7)=25 мм.

Максимальная скорость подачи в данных условиях

V_п=h_max*n_и.о.*z_л.р./10³,
где n_и.о – частота вращения шнека, мин^-1;

z_л.р. – число резцов линии резания.

V_п=25_*30_*3/10³=6,8 м/мин.

Теоретическая производительность комбайна – это количество угля, добытого в единицу времени при непрерывной работе комбайна с максимально возможной в данных горно-геологических условиях скоростью подачи.

 Q=m_*B_*V_п*γ=5_*0,8_*6,8_*1,3=41,6 т/мин,
где m – средняя по длине лавы мощность пласта, м;
      B – ширина захвата исполнительного органа, м;
      γ – плотность угля в массиве, т/м³.

Техническая производительность – это количество отбитого полезного ископаемого в единицу времени с учетом потерь времени на вспомогательные операции и устранение отказов.

Q_т=60Q_*k_т, т/ч,
где k_т – технический коэффициент непрерывности работы комбайна.

k_т=t/(t+t_во+t_уо),
где t – время машинной работы, мин
      t=L_лавы/V_п=250/6,8=31,25 мин;
      t_во – время вспомогательных операций за цикл, мин;

      t_уо – время на устранение отказов за цикл, мин.

Время вспомогательных операций:
       t_во=t_мо+t_ко+t_зи, мин,
где t_мо – время маневровых операций;
       t_мо=L/V_max,

где V_max – максимальная по технической характеристике скорость подачи комбайна, м/мин;
       t_ко – затраты времени на концевые операции. Для данных условий принимаем t_ко=20 мин;

       t_зи – затраты времени на замену изношенных за 1 рабочий цикл инструментов.

t_зи=m_*B_*L_*γ_*z_y*t_p, мин,
где z_y=0,005 шт/т – удельный расход резцов;
       t_p=0,5 мин – время замены одного резца.

Время устранения отказов находится по формуле:

t_уо=t(1/k_г-1),
где k_г=0,9 – коэффициент готовности.

Время маневровых операций

t_мо=250/21,3=11,7 мин.

Затраты времени на замену изношенных за 1 рабочий цикл инструментов

t_зи=5_*0,8_*250_*1,3_*0,005_*0,5=3,25 мин.

Время вспомогательных операций за цикл

t_во=11,7+20+3,25=34,95 мин.

Время устранения отказов

t_уо=31,25(1/0,9-1)=3,47 мин.

Технический коэффициент непрерывности работы комбайна

k_т=31,25/(31,25+34,95+3,47)=0,45

Техническая производительность

Q_т=60_*41,6_*0,45=1123,2 т/ч.

Эксплуатационная производительность – это количество добытого полезного ископаемого в единицу времени с учетом потерь времени на вспомогательные операции, устранение отказов и затрат времени по организационно-техническим причинам.

Q_э=60Q_*k_э, т/ч,
где k_э – эксплуатационный коэффициент непрерывности работы комбайна,

k_э=t/( t+t_во+t_уо+t_оп),
где t_оп=25 мин – потери времени по организационным причинам.

k_э=31,25/(31,25+34,95+3,47+25)=0,35.

Эксплуатационная производительность

Q_э=60_*41,6_*0,35=875 т/ч.

Усилие подачи комбайна

P_п=k_c[G(f’’_*cosα_max+sinα_max)+ΣP_y],
где k_c=1,4 – коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления перемещению комбайна;

G – вес комбайна, Н;

f’’=0,21 – коэффициент трения при движении комбайна по ставу забойного конвейера;

α_max=7⁰ – максимальный угол падения пласта;

ΣP_y – сумма сил, отжимающих резец от забоя.

ΣP_y=z_к*P_y.

P_y=0,8Ğ_сж*S_з+с_*P_max, Н,
где Ğ_сж – напряжение одноосного сжатия, Н/мм;

S_з – проекция площадки затупления на плоскость резания;

с – коэффициент влияния толщины стружки на усилие подачи.

Ğ_сж=A_*a+C.

a=0,7 и C=20 для кузбасских углей.

Ğ_сж=195_*0,7+20=156,5 Н/мм.

S_з=k_p*u_*b, м²,
где k_p=1 – коэффициент формы режущей кромки резца;

u=0,002 м – износ по задней кромке резца;

S_з=1_*0,002_*0,025=0,00005 м².

с=(0,35)²/h_max=(0,35)²/25=0,0049.

P_y=0,8_*156,5_*0,00005+0,0049_*6174,5=30,26 Н.

ΣP_y=24_*30,26=726,24 Н.

P_п=1,4[590900(0,21_*cos7⁰+sin7⁰)+726,24]=541,32 кН.

Сравнивая расчетное  и паспортное значения усилий подачи, мы видим, что различия между ними незначительны.