Обоснование выбора и расчет параметров добычного оборудования участка калийной шахты

Министерство образования и  науки РФ

Пермский Научный Исследовательский  Политехнический Университет

Кафедра ГНМ

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

«Обоснование выбора и  расчет параметров добычного оборудования участка калийной шахты»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент гр. ГМ-09:

Стяжкин П.

Проверил: доцент

Чекмасов Н.В.

 

 

 

 

Пермь

2012

Анализ горно-геологических  факторов

 

Комбайн «Урал-20Р» является модернизацией  комбайна «Урал-20А» и предназначен для применения в рудных месторождениях калийных руд на очистных работах  в камерах и проходки выработок  по пластам мощности 3.1;;3.7 метра при  углах падения до ±12°. Электрооборудование комбайна рассчитано для работ в подземных условиях с газовой средой категории 1-1Т взрывобезопасности.

При эксплуатации комбайна в условиях метано-водородопроявления должны соблюдаться «специальные требования по безопасному ведению горных работ на верхнекамском калийном месторождении в условиях газового режима».

 

Введение.

 

Силовые и энергетические показатели процессов отбойки руды проходческо-очистными комбайнами зависят от параметров резания исполнительных органов, резцов и механических свойств разрушаемого массива.

Для расчета силовых параметров процесса разрушения массива может  быть использована альтернативная методика, учитывающая свойства калийных руд. Эта методика имеет ограниченную область применения (по шагу и глубине  реза) и не учитывает конструктивных особенностей поворотных тангенциальных резцов.

На основании специальных исследований, выполненных специалистами институтов ВНИИГ и Гипроуглемаш, разработана отраслевая методика по выбору и расчету параметров разрушения калийных руд проходческо-очистными комбайнами.

Для повышения эффективности горного  производства и снижения себестоимости  продукции, необходимо постоянно совершенствовать оборудование проходческо-очистных комбайновых комплексов.

 

Исходные данные для  курсового проектирования

Высота  массива, разрушаемая исполнительным органом:

Н = 2,2 м;

Сопротивляемость  резанию калийной руды:

А_р = 3900 Н/см;

Угол  падения

α = 10°;

Удельный  расход резцов:

q = 6 шт/1000т;

Плотность руды:

γ = 2,08 т/м³;

Производительность  комбайна:

Q = 5 т/мин;

Количество  резцов на диске:

Z_р = 13 шт/диск;

Площадь контакта:

S = 15,75 м².

 

1. Расчет основных параметров рабочих органов комбайнов

1.1 Расчет параметров разрушения забоя для планетарно- дискового исполнительного органа

Сила  резания на поворотном затупленном  резце

P_z = A_p∙h_cp∙k_t/h∙k_В∙k_α ∙k_ф∙k_ψ ∙k_вр Н, где

h_cp – средняя толщина реза, см;

k_t/h – коэффициент степени блокированности реза;

k_В – коэффициент ширины режущей кромки;

k_α – коэффициент угла резания;

k_вр – коэффициент вращения резца;

k_ф – коэффициент формы передней грани резца;

k_ψ – коэффициент ориентации резца.

Скорость подачи комбайна

 

 

 

 

Максимальное  значение толщины стружки, см

 

где Z_д – число дисков на исполнительном органе;

n_В – частота переносного движения исполнительного органа, об/мин.

Средняя толщина реза, см

 

 

Шаг резания, см

 

 

 

где В_р – расчетная ширина режущей кромки, см

 

где α_р=80 – угол резания, град

 

k_ф = 0,7

k_ψ = 1+0.006∙F = 1+0.006∙35,15 = 1,21

где F – расчетная площадь контакта рабочей части резца с боковой поверхностью угла развала определяется из выражения для неповоротных резцов с выпуклой боковой гранью

 

 

где =8 –диаметр керна, мм

ψ – угол разворота резца относительно направления  движения, средний, град

ψ = φ_уст – ψ_к = 20 – 16.18=3,82°

где φ_уст=20^° – угол разворота резца относительно плоскости диска, град;

       ψ_к – угол разворота резца относительно направления движений, средний, кинематический, град

 
где-угол поворота водила, град 

P_Z = 4600∙1,61∙0,78∙0,63∙1,27∙0,7∙1,21∙1,16=4541,13 Н

Расчет энергетических показателей планетарно- дискового исполнительного органа

Мощность, расходуемая на резание исполнительным органом:

 

 

 

где  n=40,7- частота вращения дисков, об/мин.

Вывод: При данных горно-геологических условиях, расчетная мощность превышает номинальную, равную 160 кВт. Для уменьшения нагрузки на двигатель уменьшаем производительность комбайна и принимает её равную 6 т/мин.

При Q = 6 т/мин пересчитываем, зависящие от производительности параметры:

=0,182 м/мин

=2,17 см

=1,28 см

=0,84

_{=4191,8 Н}

=154,8 кВт

 

 

 

Удельный  расход энергии:

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Расчет параметров разрушения забоя для бермового исполнительного органа

 

1.2.1 Расчет параметров разрушения забоя для шнекового исполнительного органа

Сила  резания на неповоротном затупленном  резце

P_z = A_p∙h_cp∙k_t/h∙k_В∙k_α∙k_зат∙k_ф∙k_ψ  Н, где

h_cp – средняя толщина реза, см;

k_t/h – коэффициент степени блокированности реза;

k_В – коэффициент ширины режущей кромки;

k_α – коэффициент угла резания;

k_зат – коэффициент затупления резца;

k_ф – коэффициент формы передней грани резца;

k_ψ – коэффициент ориентации резца.

 

 

где V_p – скорость резания, м/с

 

 

где Н₁ – высота массива, разрушаемая исполнительным органом

Рис. 1 Схема расположения исполнительных органов.

 

 

где L_ш=1,97 – длина шнека, м;

 
;

;

;

где  S=2 мм²- площадь затупления задней грани неповоротного резца;

k_ф = 0,7

k_ψ = 1+0.006∙F = 1+0.006∙7.13 = 1.04

 

 

 

Расчет энергетических показателей шнекового исполнительного органа

 

 

 

 

1.2.2 Расчет параметров разрушения забоя для фрезы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k_ф = 0,7

k_ψ = 1+0.006∙F = 1+0.006∙7.13 = 1.04

 

 

Расчет энергетических показателей фрезы

 

 

 

Расчет энергетических показателей бермового исполнительного органа

N=N_ш+N_ф=31,61+12,98= 44,6 кВт

Вывод: При данных горно-геологических условиях, расчетная мощность не превышает номинальную, равную 75 кВт.

 

Удельный  расход энергии:

 

Вывод: Удельный расход энергии в 2 раза превышает расход энергии на планетарно- дисковом исполнительном органе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Расчет параметров разрушения забоя для верхнего отбойного устройства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k_ф = 0,7

k_ψ = 1+0.006∙F = 1+0.006∙7.13 = 1.04

 

 

Расчет энергетических показателей фрезы

 

 

 

Вывод: При данных горно-геологических условиях, расчетная мощность не превышает номинальную, равную 45 кВт.

 

Удельный  расход энергии:

 

Вывод: Удельный расход энергии в 3 раза превышает расход энергии на планетарно- дисковом исполнительном органе.

2. Расчет сил реакции  забоя на исполнительные органы, тяговой способности, напорного  усилия и мощности гусеничного органа перемещения

2.1. Определение сил реакции забоя на исполнительный орган

Максимальные  силы резания и подачи :

на неповоротном затупленном резце

P_Zm = A_p∙h_m∙k_t/h∙k_В∙k_α∙k_зат∙k_ф∙k_ψ, H;

P_Ym = 0.8P_Zm, Н;

на поворотном затупленном резце

P_Zm = A_p∙h_m∙k_t/h∙k_В∙k_α∙k_ВР∙k_ф∙k_ψ, H;

P_Ym = 0.8P_Zm, Н.

 

Средние силы резания и подачи резца на забой

 

 

 

Полная  реакция забоя на исполнительные органы в направлении подачи и  перпендикулярном направлении

 

 

Для планетарно- дискового исполнительного органа

P_Zm =4600∙2,54∙0,78∙0,63∙1,27∙0,7∙1,21∙1,16=7164,3 Н;

P_Ym = 0.8∙7164,9 = 5731,41 H;

При α_к = π

 

 

 

 

 

 

 

Для шнека

 

P_Ym = 0.8∙ = 1357,8 H;

 

 

 

 

 

 

Для фрезы

 

P_Ym = 0.8∙2904,29 = 2323,43 H;

 

 

 

 

 

 

Для отбойного устройства

 

P_Ym = 0.8∙ = 1750,2 H;

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Расчет тяговой способности,  напорного усилия и мощности гусеничного органа перемещения

Условие движения комбайна без проскальзывания  гусениц

 

 

Силы  прижатия гусениц к почве выработки

 

 

 

Силы  тяги гусениц

 

 

 

G_бп – вес бункера-перегружателя, Н; G_бп=15т=147кН;

Q_бп – грузоподъемность бункера-перегружателя, Н; Q_бп=25т=245кН;

ω_п – коэффициент сопротивления перемещению бункера-перегружателя; ω_п=0.05;

;

Коэффициент сцепления

 

где Т_ш – толщина штыбовой подушки, см;  Т_ш=3см;

 

Условие движения комбайна без проскальзывания  гусениц

.

 

Вывод: Условие движения без проскальзывания выполняется.

 

 

 

 

 

Мощность, необходимая для перемещения  комбайна

 

 

где η_пм – КПД механизма перемещения (для гусеничных органов перемещения с гидравлическим приводом  η_пм=0.3-0.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет производительности  комбайна

Теоретическая производительность комбайна

 

Техническая производительность комбайна

,

где К_т – коэффициент, учитывающий потери времени на выполнение вспомогательных операций

 

где Т_к – время производительной работы комбайна, мин;

Т_Уо – потери времени на выявление и устранение неисправностей, мин;

Т_Зи – потери времени на замену резцов, мин;

Т_м – время выполнения маневровых операций (отгона комбайна от забоя для замены резцов, перегон комбайна), мин;

Т_Ко – время концевых операций (10-30 мин).

 

где L_к – длина камеры, м;

 

где К_р – коэффициент готовности (0.6-0.8);

;

где n_резц – количество резцов, вышедших из строя при проведении камеры;

t – время для замены одного резца (2-3 мин);

 

где q – удельный расход резцов, шт/т;

 

где V_м – маневровая скорость комбайна (2 м/мин);

L – расстояние отгона комбайна для замены резцов (5 м);

а – количество отгонов комбайна из забоя для  замены резцов (1);

 

.

 

Техника безопасности при эксплуатации участкового оборудования

Включение двигателей комбайна разрешается только машинисту комбайна.

Перед включением комбайна в работу машинист должен убедиться в отсутствии посторонних  лиц вблизи комбайна и громким  голосом предупредить: «Берегись-включаю!»

Во время  работы комбайна нахождение людей между  забоем и пультом управления, между  комбайном и бункером-прегружателем, а также в непосредственной близости от бункера-перегружателя запрещается.

Управление  комбайном во время работы должно производиться с пульта управления из кабины машиниста.

При отгоне комбайна машинист также должен находиться в кабине пульта управления.

Движение  комбайна в наклонных выработках с углов 6° и более разрешается только на рабочей скорости.

Машинист, отходя от пульта управления по окончании  работы, обязан снять напряжение с  комбайна, выключив блокировочный выключатель, и убедиться в том, что комбайн  с пульта не запускается.

Для предупреждения несчастных случаев во время работы запрещается:

1. работать при отсутствии ограждения телескопического вала, привода конвейера и муфт двигателей исполнительного органа;
2. находиться посторонним лицам в проходимой выработке;
3. работать при нарушении исправности электрооборудования: его элементов, соединений и устройств взрывобезопасности;
4. работать на неисправном комбайне;
5. находиться под конвейером в месте разгрузки;
6. работать на комбайне при неработающих средствах пылезащиты и освещения;
7. проводить всевозможные ремонты и осмотры сборочных единиц во время работы комбайна;
8. производить добавление, замену или проверку количества масла в редукторах и гидроприводах комбайна во время его работы;
9. останавливать конвейер, загруженный горной массой;
10. изменять схему управления комбайна;

Машинист  комбайна обязан:

1. при появлении недопустимых шумов и чрезмерного нагрева редукторов, двигателей и других сборочных единиц остановить комбайн для выявления и устранения причин ненормальной работы;
2. следить за питающими кабелями и состоянием электрического, гидравлического оборудования и нормальной работой звуковой предупредительной сигнализации;
3. избегать частых пусков электродвигателей, особенно под нагрузкой;
4. следить за состоянием резцов;
5. не допускать ослабления крепёжных болтовых соединений;
6. следить за тем, чтобы при манёврах кабель не попадал под гусеницы;
7. следить за запасом питающих кабелей для продвижения комбайна.
8. перед выполнением манёвров и переездов комбайна, при поворотах конвейера и включении приводов убедиться в отсутствии людей вблизи комбайна и дать предупредительный звуковой сигнал.