Выбор основных параметров механизированной крепи

Как известно аварийные ситуации в очистных забоях, связанные с проявлением горного давления, возникают при несоответствии силовых и кинематических параметров механизированных крепей величине и характеру деформации массива кровли.

В данном разделе студент делает окончательный выбор типа(ов) механизированной крепи для конкретных горнотехнических условий, согласно варианта задания. Кроме того, определяет величину сопротивления начального распора выбранной механизированной крепи и делает окончательный выбор типа.

 

Пример расчета

Таблица 4.1- Исходные данные для расчета

Сопротивляемость угля резанию, кН/м Ā = 200
Плотность угля, т/м3 γ = 1,3
Характеристика угля вязкий антрацит марок Г и Ж
Коэффициент сопротивления резанию f΄ = 0,42
Угол падения пласта, …о α = 20
Мощность вынимаемого пласта угля, м m = 0,8
Длина лавы, м L = 120

 

Предварительно комбайн выбирается с учетом исходных данных и в соответствие с технической характеристикой.

Таблица 4.2 - Технические характеристики комбайна 1К 101

Ширина захвата исполнительного органа, м В = 0,63
Скорость резания, м/с Vр = 73
Часовая мощность двигателя, кВт Рч = 105
Ширина режущей кромки резца, м в = 0,022
Сила тяжести комбайна, кН G = 93
Диаметр шнека по резцам, м: верхнего нижнего D = 0,7 D1 = 0,8

Таблица 4.3- Справочные данные для расчета

Число смен работы в сутки n = 3
Продолжительность смены, ч Тсм = 6
Затраты времени на подготовительные, заключительные работы в начале и конце смены, мин Тпз = 20
Затраты времени на простои по организационно-техническим факторам (отсутствие порожняка и остановка конвейера, отсутствие электроэнергии, задержки в креплении и пр.), мин Торг = 30
Коэффициент готовности Кг = 0,88
Затраты времени на маневровые операции, мин Тмо = 0
Затраты времени на концевые операции, мин Тко = 25
Время замены одного резца, мин tз = 1
Удельный расход резцов, шт/1000 т Z = 8,2
Средняя ширина среза, см tср = 3
Угол наклона резца к направлению подачи, …о β = 45
Число линий резания кутковыми резцами nлк - 1
Число забойных резцов в одной линии резания mз = 2
Число кутковых резцов в одной линии резания mк = 5
Коэффициент влияния угла резания на усилие резания на передней грани резца Ку = 0,9
Коэффициент влияния формы передней грани резца (выпуклая) на усилие резания Кф = 0,92
Ширина режущей кромки резца, м в = 0,022
Постоянные для расчета усилия шнекового комбайна при работе со щитком С – 0
Коэффициент объемного состояния угля под резцом D1 = 35000
Коэффициент трения при перемещении комбайна по ставу конвейера а΄ = 0,3 f΄΄ = 0,21
Коэффициент влияния формы режущей кромки резца на площадку затупления Кфр = 0,8
Величина линейного износа резца по задней грани, м Δи = 0,003
Коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления перемещению комбайна Кс = 1,5

Устойчивая мощность двигателя, кВт:

максимальная ;

минимальная .

Скорость подачи комбайна, м/с:

максимальная ;

минимальная .

Средняя глубина стружки, снимаемая одним резцом, м:

.

Средняя ширина среза одного резца, м:

tср = tу hср = 1,9 · 0,0155 = 0,03.

Общее число линий резания

.

Число линий резания забойными резцами

nлз = nл – nлк = 21 – 1 = 20.

Общее число резцов исполнительного органа:

верхнего n = nлзmз + nлкmк = 20 · 2 + 1· 5 = 45;

нижнего n΄ = n = 45

Число резцов, находящихся в постоянном контакте с углем:

верхнего исполнительного органа

np = 0,5n = 0,5 · 45 = 22,5 ( принимается nр = 29);

нижнего исполнительного органа

(nр = 5).

Расчет коэффициентов

р = 126 hср + 2,26 = 126 · 0,0155 + 2,26 = 4,21;

q = 1,36 – 22 hср = 1,36 – 22 · 0,0165 = 1,02;

r=0,33+ =0,33+ =0,453

Коэффициент обнажения забоя

К=

Коэффициент отжима вязкого антрацита и углей марок Г и Ж

.

В случае применения механизированной крепи Кот увеличивается на 10-15 %, т.е.

Кот = 1,1 · 0,735 = 0,808.

Угол бокового развала борозды резания вязких антрацитов, …о

.

Среднее значение силы резания на передней грани резца, кН:

Коэффициент влияния глубины стружки на усилие подачи

.

Временное сопротивление антрацита одноосному сжатию, кН/м2

Рсж = 11772 + 26,5 Ā = 11772 + 26,5 · 200 = 17072 .

Проекция площадки затупления резца Sз на плоскость резания, м2

Sз = Кфр Δи в = 0,8 · 0,003 · 0,022 = 0,53 · 10-4 .

Коэффициент влияния объемного состояния угля под задней гранью резца на величину усилия подачи

.

Сила, отжимающая резец от забоя, кН:

У1 = Коб Rсж Sз + Кп Zп = 1,366 · 17072 · 0,53 10-4+ 0,576 · 0,869 = 1,74.

Суммарное значение силы резания на резце, кН

Zср = Zп + f΄ У1 = 0,869 + 0,42 · 1,74 = 1,6 .

Мощность. затрачиваемая на резание, кВт:

опережающим шнеком Рр = Zср np Vp = 1,6 · 22 · 2,9 = 102,1;

отстающим шнеком Р΄р = Z΄срpp = 1,6 · 5 · 3,3 = 26,4 .

Суммарная мощность, затрачиваемая на резание, кВт

Ррз = Рр + Р΄р = 102,1 + 26,4 = 128,5 .

 

Расчет расхода мощности на подачу

Сила внедрения, кН:

для опережающего шнека ;

для отстающего шнека .

Суммарное усилие внедрения резцов, кН

УΣ = У + У΄ = 24,4 + 3,2 = 27,6 .

Усилие подачи комбайна с учетом всех сопротивлений, кН

.

Мощность, расходуемая на подачу комбайна, кВт:

Рп = Уп Vп = 89,4 · 0,0409 = 3,7.

 

Расчет мощности на погрузку

Скорость вращения шнеков, с-1:

опережающего ;

отстающего .

Подача за один оборот, м/об:

.

Усилие сопротивления погрузке, кН

Fпог = F΄пог = (С +Dzhоб) 10-3 = (0 + 35000 · 0,031) 10-3 = 1,085.

Мощность, расходуемая на погрузку угля. кВт:

опережающим шнеком Рпог = Fпог Vр = 1,085 · 2,9 = 3,15;

отстающим шнеком Р΄пог = Fпогр = 1,085 · 3,3 = 3,58.

Суммарная мощность, расходуемая на погрузку, кВт

Рпог Σ = Рпог + Р΄пог = 3,15 + 3,58 = 6,73.

Суммарная мощность, затрачиваемая на выемку угля, кВт

Р = Рр + Рпог + Рп = 128,5 + 3,7 + 5,1 = 131,3.

Сравнивая полученную мощность с максимальной устойчивой мощностью привода комбайна 1К101, равной 94,5 кВт видим, что такую расчетную скорость подачи 0,0409 м/с комбайн не может обеспечить. Уменьшаем скорость подачи и производим перерасчет мощности привода. Последовательно изменяя скорость подачи и производя перерасчет мощности привода необходимо получить ее значение, не превышающее значение максимальной устойчивости мощности, равной 94,5 кВт. Конечным результатом перерасчета является: Р = 93,6 кВт, Vп = 0,031 м/с.

Теоретическая производительность комбайна (т/мин)

Q = 60 m B Vп γ = 60 · 0,8 · 0,63 · 0,031 · 1,3 = 1,22

Время работы комбайна по выемке заходки, мин

.

Время устранения отказов за цикл, мин.

.

Время замены инструмента за цикл, мин.

Тзи = В m L γ Z tз = 0,63 · 0,8 · 120 · 1,3 · 8,2 10-3· 1 = 0,646.

Время вспомогательных операций, мин.

Тво = Тм + Тко + Тзи + Тв = 0 + 25 + 0,646 + 8,8 = 34,4.

Коэффициент технически возможной непрерывной работы комбайна

.

Техническая производительность комбайна, т/мин.

Qт = Q Кт = 1,22 · 0,65 = 0,796.

Коэффициент непрерывной работы комбайна в конкретных условиях эксплуатации

.

Эксплуатационная производительность комбайна, т/мин.

Qэ = Q Кэ = 1,22 · 0,5 = 0,61.

Суточная производительность выемочного комплекса, т/сут.

Qсут = 60nсм – Тпз) Qэ = 60 · 3(6 – 0,333) 0,61 = 622,2.