Разрушение горных пород проходческими комбайнами. Разрушение шарошками.
Л. И. Барон, Л. Б. Глатман, С. Л. Загорский - Москва, изд-во "Наука", 1969

ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ СИЛОВЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА, ОСНАЩЕННЫМ ДИСКОВЫМИ ШАРОШКАМИ

В настоящем параграфе в полном соответствии с принятыми в данной серии принципами последовательно излагаются рекомендуемые для практического использования методика и порядок приближенного расчета силовых и энергетического показателей исполнительных органов породопроходческих комбайнов, оснащенных дисковыми шарошками.

Для выполнения указанного расчета необходимы данные, характеризующие разрушаемую горную породу, схему исполнительного органа и инструмент, которым он будет оснащен.

При нынешнем состоянии изученности данного вопроса в качестве характеристики сопротивляемости горной породы разрушению дисковыми шарошками рекомендуется использовать условное временное сопротивление рыву ?н определяемое экспериментально при раздавливании образцов неправильной формы. С общим коэффициентом крепости по шкале М. М. Протодьяконова оно связано соотношением:

σн =19f кГ/см2

Кроме того, должны быть заданы: форма и площадь поперечного сечения проводимой горной выработки; заданная производительность проходческого комбайна (месячная скорость проходки); параметры организации работ (число рабочих суток в месяце, число проходческих смен в сутках, продолжительность смены в часах, ожидаемый коэффициент машинного времени).

Необходимую для обеспечения заданной производительности комбайна скорость подачи можно определить по формуле:

Vn=Q/(Nд•C•Tc•Tм•Тпр) м/ч,

где Vn - требуемая скорость подачи комбайна, м/ч; Q - производительность комбайна, м/мес; Nд - число рабочих суток в месяце; С - число рабочих смен в сутках; Тc - продолжительность смены, ч; Тм - коэффициент машинного времени; Тпр - коэффициент прерывности работы исполнительного органа.

Далее требуется выбрать основные параметры режима разрушения - величину подачи шарошки на забой hu (hn = hр) и шаг t.

Наши исследования показали, что при разрушении дисковой шарошкой пород средней крепости и крепких пород удельные затраты энергии существенно снижаются при увеличении глубины разрушения hp до 4-5 мм, шага t до 40-60 мм. Далее кривая удельных затрат энергии, имеющая гиперболический характер, заметно выполаживается. Между тем усилиe подачи Ру с ростом глубины разрушения hp и шага t продолжает неуклонно возрастать по прямопропорциональной зависимости. Поэтому при выбope параметров режима разрушения не имеет смысла, без особых оснований, превышать указанные значения hp и t.

Соотношение между шагом t и глубиной разрушения hр не должно быть слишком большим, иначе схема разрушения может перейти в щелевую, что потребует значительно боьших усилий перекатывания и подачи и ухудшит общие условия протекания процесса (при этом, в частности, ухудшается транспортабельность продуктов разрушения, возрастает опасность вывалов породы, которые нарушают нормальную работу машины, заставляют прибегать к ручному дроблению вывалившихся кусков, вызывают поломки дисков и опор шарошек и т.п.

По данным наших исследований, следует выдерживать соотношение:

(t/hn) <= 10.

Требуемая величина скорости вращения водила, на котором установлены дисковые шарошки, пвод при одном диске в каждой линии разрушения определится по формуле:

пвод=(1000Vn/60hn) об/мин.

Скорость вращения не должна быть слишком большой по ряду конструктивных соображений: необходимо обеспечить достаточное время для выгрузки породы из ковшевого загребающего аппарата, обычно размещаемого на задней стороне водила; излишне высокая скорость ведет к возникновению больших динамических нагрузок и износу породоразрушающего инструмента.

Следующий этап расчета - определение величины усилия перекатывания Pz и усилия подачи Ру.

Усилие перекатывания для одиночной однодисковой шарошки определяется по формуле:

Pz1=0,4σн(hn+0,1t+2,2)кГ.

Данная формула может служить расчетной.

Для определения усилия подачи одиночной однодисковой шарошки Py1 получим выражение:

Py1 = (0,01Dш+2)Pz кГ,

где Dш - диаметр шарошки, мм.

Напомним, что в § 22 были приведены данные, свидетельствующие о практическом отсутствии влияния диаметра шарошки Dш на величину усилия перекатывания.

Чтобы перейти от усилий на однодисковой шарошке к усилиям на многодисковом шарошечном инструменте, можно воспользоваться формулами (VII.29) и (VII.30).

Зная удаление той или иной шарошки от оси исполнительного органа, можно подсчитать потребный для нее крутящий момент Mкрі. Подсчет общего крутящего момента сум(Мкр) был показан в первом разделе книги применительно к исполнительному органу, оснащенному штыревыми шарошками.

Сумма напорных усилий Pyi на всех шарошках, находящихся одновременно в контакте с забоем, определит необходимое общее напорное усилие сум(Py).

Кривизна траектории и скорость перекатывания на yсилия практически не влияют. Износ шарошки при рациональном режиме разрушения также не меняет величину усилий (см. стр. 115).

Требуемая для исполнительного органа мощность W и удельные затраты энергии на разрушение Hw подсчитываются по обычным формулам:

W=сум(Мкр)•nвод/975 кВт;

Hw=W/(Sвыр•Vn) кВт-ч/м3,

где сум(Мкр) - суммарный крутящий момент на исполнительном органе, кГ•м; nвод - скорость вращения водила, об/мин; Sвыр - площадь поперечного сечения горной выработки, м2; Vn - скорость подачи, м/ч.

Дополнительно учитываются мощность для вспомогательных исполнительных органов (например, забурника) и усилие на перемещение комбайна.

Итак, рекомендуемый порядок расчета силовых и энергетического показателей исполнительного органа породопроходческого комбайна, оснащенного дисковыми шарошками, сводится к следующему.

1. По заданной производительности комбайна определяют необходимую скорость подачи.

2. Выбирают рациональные параметры режима разрушения (величину подачи шарошки и шаг разрушения); проверяют соотношение между ними и требуемую скорость вращения исполнительного органа.

3. Определяют необходимые усилия перекатывания и подачи для однодисковой шарошки.

4. Определяют усилия перекатывания и подачи для каждой многодисковой шарошки.

5. Определяют общий крутящий момент и общее усилие подачи комбайна.

6. Определяют необходимую мощность привода комбайна.

7. Определяют удельные затраты энергии.