Расчет эксплуатационных параметров проходческо-очистного комбайна Урал-20Р

• Исходные данные
• 1. Расчет силовых и энергетических показателей процессов отбойки калийных руд планетарно-дисковым исполнительным органом
• 1.1 Расчет параметров резания
• 1.2 Расчет энергетических показателей планетарно-дискового исполнительного органа
• 2. Расчет силовых и энергетических показателей процессов отбойки калийных руд шнековым исполнительным органом
• 2.1 Расчет параметров резания
• 2.2 Расчет энергетических показателей шнекового исполнительного органа
• 3. Расчет силовых и энергетических показателей процессов отбойки калийных руд фрезой
• 3.1 Расчет параметров резания
• 3.2 Расчет энергетических показателей бермовой фрезы
• 4. Расчет силовых и энергетических показателей процессов отбойки калийных руд режущим инструментом отбойного устройства
• 4.1 Расчет параметров резания
• 4.2 Расчет энергетических показателей бермовой фрезы
• 5. Расчет сил реакций забоя на исполнительные органы, тяговой способности, напорного усилия и мощности гусеничного органа перемещения
• 5.1 Определение сил реакций забоя
• 5.1.1 Определение сил реакций забоя для планетарно-дискового исполнительного органа
• 5.1.2 Определение сил реакций забоя для шнекового исполнительного органа
• 5.1.3 Определение сил реакций забоя для бермовых фрез
• 5.1.4 Определение сил реакций забоя для отбойного устройства
• 5.2 Расчет тяговой способности, напорного усилия и мощности гусеничного органа перемещения
• 6. Расчет производительности комбайна
• Литература

Исходные данные

А_р=3900 Н/см

Н=3,1 м

=2,08 т/м³

q=3 шт/1000т

=0⁰

1. Расчет силовых и энергетических показателей процессов отбойки калийных руд планетарно-дисковым исполнительным органом

1.1 Расчет параметров резания

Средняя сила резания на поворотном затупленном резце

А_р — сопротивляемость резанию калийной руды, Н/см;

h_{ср -} средняя толщина реза, cм;

k_{t/h -} коэффициент степени блокированности реза;

k_{B -} коэффициент ширины режущей кромки;

k — коэффициент угла резания;

k_ф — коэффициент формы падения грани резца;

k — коэффициент ориентации резца;

k_ВР — коэффициент вращения резца.

Максимальное значение толщины стружки

Z_д — число дисков на исполнительном органе;

n_в — частота переносного движения исполнительного органа, об/мин;

V_к — скорость подачи комбайна, м/мин;

Скорость подачи комбайна равна:

Средняя толщина стружки

H_i — высота массива, разрушаемая исполнительным органом.

Так как H_i=D_д, то

Средний шаг резания

Z_{р -} количество резцов на диске;

D_{ср -} средний диаметр исполнительного органа, см;,

D_ср=H-D_д

D_д — диаметр дисков по резцам, см

D_ср=3100−1020=2080 мм

i — передаточное число

n_пер — частота вращения исполнительного органа, n_пер=4,2 об/мин

n_отн — частота вращения резцовых дисков, n_отн=40,7 об/мин

<7,2

Коэффициент степени блокированности реза при t_ср/h_ср<7,2

Коэффициент ширины режущей кромки

b_р — расчетная ширина режущей кромки, см

а — высота конусной части

— высота контакта резца с массивом, см

Расчетная ширина режущей кромки b_р в зависимости от ее формы, толщины среза и высоты контакта резца с массивом для поворотных резцов:

при <�а

б_з — угол заострения резца, б_з =85⁰

Коэффициент угла резания

б_р — угол резания, б_р =85⁰

Коэффициент формы передней грани резца определяем по таблице

k_ф=0,57

Коэффициент ориентации

F - расчетная площадь контакта рабочей части резца с боковой поверхностью угла развала для неповоротного резца с плоской боковой гранью, мм²

d_k — диаметр керна, см

б_з — угол заострения резца, б_з =85⁰

ш — угол разворота резца относительно направления движении, средний, град.

ш = ш_уст — ш_к

ш_уст — угол разворота резца относительно плоскости диска, град.

ш_к — угол разворота резца относительно направления движений, средний, кинематический, град.

D_ио — диаметр исполнительного органа,

D_д — диаметр диска по резцам,

А — смещение плоскости диска относительно оси вращения исполнительного органа, м

i — передаточное число

ц_В — угол поворота водила, град.

H_i — высота массива, разрушаемая исполнительным органом, мм

Ш=20−17,41=2,58⁰

Коэффициент вращения резца

Средняя сила резания

Коэффициент, учитывающий влияние разворота инструмента относительно направления движения

Сила резания острым неразвернутым резцом

Средняя сила подачи

1.2 Расчет энергетических показателей планетарно-дискового исполнительного органа

Мощность, расходуемая на резание исполнительным органом

P_{z -} средняя сила резания на поворотном резце, Н

з_р — КПД редуктора з_р=0,93

з_ио — КПД исполнительного органа з_ио=0,99

Z_р — количество резцов на диске одновременно участвующих в резании

V_р — скорость резания, м/с

n — частота вращения резцовых дисков, об/мин

Расчетная мощность резания и погрузки планитарно — дискового исполнительного органа

N_р=N+V_k=136,65+12,78=149,43 кВт

Номинальная мощность двигателя 160 кВт, запас мощности составляет 7%.

2. Расчет силовых и энергетических показателей процессов отбойки калийных руд шнековым исполнительным органом

2.1 Расчет параметров резания

Средняя сила резания на поворотном затупленном резце

А_р — сопротивляемость резанию калийной руды, Н/см;

h_{ср -} средняя толщина реза, cм;

k_{t/h -} коэффициент степени блокированности реза;

k_{B -} коэффициент ширины режущей кромки;

k — коэффициент угла резания;

k_ф — коэффициент формы падения грани резца;

k — коэффициент ориентации резца;

k_зат — коэффициент затупления резца;

D_ш — диаметр шнеков по резцам, мм

Максимальное значение толщины стружки

m — количество линий резания

V_р — скорость резания, м/с

n_ш — частота вращения шнекового исполнительного органа, об/мин

Средняя толщина реза на шнековом исполнительном органе

H_i — высота массива, разрушаемая исполнительным органам, см

S_ш — площадь, обрабатываемая шнеком, м², l_ш — длина, обрабатываемая шнеком, см. Длина одного шнека

l_ш=L/2-B_ф

L — длина обрабатываемая шнеками и фрезами, мм, B_ф — ширина фрезы, мм

l_ш=5100/2−580=1970 мм =197 см

Количество резцов на шнеке

t — шаг резания, см

Найдем площади поверхности, которые обрабатываются только шнеком:

l — расстояние между центрами двух шнеков, мм

а=r-k₁=1500−963,07=536,93 мм

Площадь большего участка (дальнего от фрезы):

Площадь меньшего участка (прилегающего к фрезе)

а_к=r-k₂=1500−1256,03=243,97 мм

Общая площадь, обрабатываемая шнеком

S_ш=S_об=S₁+S₂=0,31+0,1=0,409 м²

>7,2

Коэффициент степени блокированности реза при t_ср/h_ср>7,2

k_t/h=1

Угол контакта

Коэффициент ширины режущей кромки

Коэффициент угла резания

б_р — угол резания, б_р = 75⁰

Коэффициент формы передней грани резца

Выбирается в зависимости от формы режущей кромки (прямоугольная долотчатая) и формы передней грани резца (плоская)

к_ф=1

Коэффициент затупления резца

S_зат — площадь затупления, мм²

Коэффициент ориентации

F - расчетная площадь контакта рабочей части резца с боковой поверхностью угла развала для неповоротного резца с плоской боковой гранью, мм²

Ш — угол разворота резца относительно направления движения, Ш=0⁰

в — задний угол резца, в=9⁰

б_з — угол заострения резца, б_з=63⁰

Коэффициент, учитывающий влияние разворота инструмента относительно направления движения

Сила резания острым неразвернутым резцом

Средняя сила подачи

2.2 Расчет энергетических показателей шнекового исполнительного органа

Мощность, расходуемая на резание исполнительным органом

P_{z -} средняя сила резания на неповоротном резце, Н

з_р — КПД редуктора з_р=0,84

з_ио — КПД исполнительного органа з_ио=0,99

Z_р^/ — количество резцов на диске одновременно участвующих в резании

V_р — скорость резания, м/с

комбайн параметр отбойка руда

3. Расчет силовых и энергетических показателей процессов отбойки калийных руд фрезой

3.1 Расчет параметров резания

Средняя сила резания на поворотном затупленном резце

А_р — сопротивляемость резанию калийной руды, Н/см;

h_{ср -} средняя толщина реза, cм;

k_{t/h -} коэффициент степени блокированности реза;

k_{B -} коэффициент ширины режущей кромки;

k — коэффициент угла резания;

k_ф — коэффициент формы падения грани резца;

k — коэффициент ориентации резца;

k_зат — коэффициент затупления резца;

D_ф — диаметр фрезы, мм

Максимальное значение толщины стружки

m — количество линий резания

V_р — скорость резания, м/с

n_ф — частота вращения фрезы, об/мин

Средняя толщина реза на шнековом исполнительном органе

H_i — высота массива, разрушаемая исполнительным органам, см

Найдем высоту массива, разрушаемого фрезами:

Угол контакта

<7,2

Коэффициент степени блокированности реза при t_ср/h_ср<7,2

Коэффициент ширины режущей кромки

Коэффициент угла резания

б_р — угол резания, б_р = 75⁰

Коэффициент формы передней грани резца. Выбирается в зависимости от формы режущей кромки (прямоугольная долотчатая) и формы передней грани резца (плоская) к_ф=1. Коэффициент затупления резца

S_зат — площадь затупления, мм²

Коэффициент ориентации

F - расчетная площадь контакта рабочей части резца с боковой поверхностью угла, мм²

Ш — угол разворота резца относительно направления движения, Ш=0⁰

в — задний угол резца, в=9⁰

б_з — угол заострения резца, б_з=63⁰

Коэффициент, учитывающий влияние разворота инструмента относительно направления движения

Сила резания острым неразвернутым резцом

Средняя сила подачи

Число резцов на фрезе

В_ф — ширина фрезы, В_ф=580 мм

t — шаг резания, t=4 см

Количество рабочих резцов

3.2 Расчет энергетических показателей бермовой фрезы

Мощность, расходуемая на резание исполнительным органом

P_{z -} средняя сила резания на поворотном резце, Н, з_р — КПД редуктора з_р=0,84, з_ио — КПД исполнительного органа з_ио=0,99, Z_р — количество резцов на диске одновременно участвующих в резании, V_р — скорость резания, м/с

Мощность, расходуемая на погрузку отбитой массы

Расчетная мощность резания одной фрезой и одним шнеком

N_р= 28,18+5,28+29,63=63,09кВт

Номинальная мощность двигателя 75 кВт, запас мощности составляет 16%.

4. Расчет силовых и энергетических показателей процессов отбойки калийных руд режущим инструментом отбойного устройства

4.1 Расчет параметров резания

Средняя сила резания на неповоротном затупленном резце

А_р — сопротивляемость резанию калийной руды, Н/см;

h_{ср -} средняя толщина реза, cм;

k_{t/h -} коэффициент степени блокированности реза;

k_{B -} коэффициент ширины режущей кромки;

k — коэффициент угла резания;

k_ф — коэффициент формы падения грани резца;

k — коэффициент ориентации резца;

k_зат — коэффициент затупления резца;

D_б — диаметр фрезы, мм

Максимальное значение толщины стружки

m — количество линий резания

V_р — скорость резания, м/с

n_ф — частота вращения барабана, об/мин

Средняя толщина реза на шнековом исполнительном органе

H_i — высота массива, разрушаемая исполнительным органам, см

l — расстояние между центрами двух шнеков, l=2300 мм

Находим площадь

Угол контакта

Коэффициент степени блокированности реза при t_ср/h_ср>7,2, k_t/h=1

Коэффициент ширины режущей кромки

Коэффициент угла резания

б_р — угол резания, б_р = 75⁰

Коэффициент формы передней грани резца

Выбирается в зависимости от формы режущей кромки (прямоугольная долотчатая) и формы передней грани резца (плоская). к_ф=1

Коэффициент затупления резца

S_зат — площадь затупления, мм²

Коэффициент ориентации

F - расчетная площадь контакта рабочей части резца с боковой поверхностью угла, мм²

Ш — угол разворота резца относительно направления движения, Ш=0⁰

в — задний угол резца, в=9⁰

б_з — угол заострения резца, б_з=63⁰

Коэффициент, учитывающий влияние разворота инструмента относительно направления движения

Сила резания острым неразвернутым резцом

Средняя сила подачи

Число резцов на отбойном устройстве

L_б — ширина барабана, L_б=2300 мм

t — шаг резания, t=4 см

Количество рабочих резцов

4.2 Расчет энергетических показателей бермовой фрезы

Мощность, расходуемая на резание исполнительным органом

P_{z -} средняя сила резания на поворотном резце, Н

з_р — КПД редуктора з_р=0,84

з_ио — КПД исполнительного органа з_ио=0,99

Z_р — количество резцов на диске одновременно участвующих в резании

V_р — скорость резания, м/с

Номинальная мощность двигателя 45 кВт, запас мощности составляет 50%.

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

5.1 Определение сил реакций забоя

Для определения тяговой способности и напорного усилия гусеничного органа перемещения необходимо знать силы реакции забоя на исполнительный орган в направлении подачи комбайна и в перпендикулярном направлении. От суммы проекций сил резания и подачи на направление движения комбайна зависит напорное усилие, а от суммы проекций сил резания и подачи на перпендикулярное направление — тяговая способность гусеничного органа перемещения.

Для определения средней силы резания и подачи резца на забой в направлении перемещения и перпендикулярном направлении комбайна необходимо взять интеграл по углу контакта резца с забоем.

Средняя реакция в направлении подачи

Средняя реакция в перпендикулярном направлении

После интегрирования получим

5.1.1 Определение сил реакций забоя для планетарно-дискового исполнительного органа

Максимальная сила резания на поворотном затупленном резце планетарно — дискового исполнительного органа

А_р — сопротивляемость резанию калийной руды, Н/см;

h_{m -} средняя толщина реза, cм;

k_{t/h -} коэффициент степени блокированности реза;

k_{B -} коэффициент ширины режущей кромки;

k — коэффициент угла резания;

k_ф — коэффициент формы падения грани резца;

k — коэффициент ориентации резца;

k_ВР — коэффициент вращения резца.

Максимальная сила подачи на поворотном затупленном резце планетарно-дискового исполнительного органа

При _k= имеем

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

Z_{р -} число рабочих резцов

5.1.2 Определение сил реакций забоя для шнекового исполнительного органа

Максимальная сила резания на неповоротном затупленном резце шнекового исполнительного органа

А_р — сопротивляемость резанию калийной руды, Н/см;

h_{m -} средняя толщина реза, cм;

k_{t/h -} коэффициент степени блокированности реза;

k_{B -} коэффициент ширины режущей кромки;

k — коэффициент угла резания;

k_ф — коэффициент формы падения грани резца;

k — коэффициент ориентации резца;

k_зат — коэффициент затупления резца;

Максимальная сила подачи на неповоротном затупленном резце шнекового исполнительного органа

Средняя реакция в направлении подачи и перпендикулярном направлении

_к=63,47⁰=1,11 рад. (1 рад. =57⁰)

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

Z_{р -} число рабочих резцов на одном шнеке

5.1.3 Определение сил реакций забоя для бермовых фрез

Максимальная сила резания на неповоротном затупленном резце бермовой фрезы

А_р — сопротивляемость резанию калийной руды, Н/см;

h_{m -} средняя толщина реза, cм;

k_{t/h -} коэффициент степени блокированности реза;

k_{B -} коэффициент ширины режущей кромки;

k — коэффициент угла резания;

k_ф — коэффициент формы падения грани резца;

k — коэффициент ориентации резца;

k_зат — коэффициент затупления резца;

Максимальная сила подачи на неповоротном затупленном резце бермовой фрезы

Средняя реакция в направлении подачи и перпендикулярном направлении

_к=85,83⁰=1,51 рад. (1 рад. =57⁰)

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

Z_{р -} число рабочих резцов на одной фрезе

5.1.4 Определение сил реакций забоя для отбойного устройства

Максимальная сила резания на неповоротном затупленном резце шнекового исполнительного органа

А_р — сопротивляемость резанию калийной руды, Н/см;

h_{m -} средняя толщина реза, cм;

k_{t/h -} коэффициент степени блокированности реза;

k_{B -} коэффициент ширины режущей кромки;

k — коэффициент угла резания;

k_ф — коэффициент формы падения грани резца;

k — коэффициент ориентации резца;

k_зат — коэффициент затупления резца;

Максимальная сила подачи на неповоротном затупленном резце отбойного устройства

Средняя реакция в направлении подачи и перпендикулярном направлении

_к=75=1,32 рад. (1 рад. =57⁰)

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

Z_{р -} число рабочих резцов на отбойном устройстве.

5.2 Расчет тяговой способности, напорного усилия и мощности гусеничного органа перемещения

Тяговая способность гусеничного органа перемещения зависит от сил прижатия гусениц к почве выработки (R₁, R₂) и от коэффициента сцепления (f).

Силы прижатия направлены по нормам к поверхности почвы выработки и определяются из уравнений моментов всех сил относительно О₁ и О₂

b_i — расстояние от точки О₂ (О₁) до линии действия силы T_зi, м

В — расстояние между осями гусениц, м

Величина реактивного момента от действия сил резания для роторных исполнительных органов

R_ni — радиус установки резца. Коэффициент сцепления

Т_ш — толщина штыбовой подушки, Т_ш = 3 см

Напорные усилия гусеничного органа перемещения также определяется из уравнения моментов сил, действующих в направлении перемещения комбайна

а_i — расстояние от точки O₂ (O₁) до линии действия сил R_зi

— коэффициент сопротивления перекатыванию гусениц, 0,1

Условие движения комбайна без проскальзывания гусениц

F_1, F₂

Расчет на силы прижатия и на тяговую способность ведется для одной половины (для одного шнека, для половины отбойного устройства и т. д.)

Силы прижатия, направленные по нормали к поверхности почвы

Т_зоу — реакция забоя на отбойное устройство, Т_зоу=35 669,2 Н, Т_зш — реакция забоя на шнек, Т_зш=35 632,44 Н, Т_збер — реакция забоя на бермовою фрезу, Т_збер=26 872,84 Н, G_k — вес комбайна, Н, — угол наклона выработки, =0⁰.

Вес комбайна

m — масса комбайна, кг

Напорное усилие гусеничного органа перемещения

R_зд — реакция забоя на резцовые диски, R_зд=46 214,61 Н

R_зоу — реакция забоя на отбойное устройство, R_зоу=36 728,23 Н

R_збер — реакция забоя на бермовые фрезы, R_збер=27 091,12 Н

R_зш — реакция забоя на шнек, R_зш=37 549,35Н

R_заб — реакция забоя на забурник, R_заб=0

— угол наклона выработки, =0⁰

G_k — вес комбайна, Н

Т_п — тяговое усилие от прицепного устройства, Н

Тяговое усилие от прицепного устройства

Q_БП — грузоподъемность бункера — перегружателя, Н

_п — коэффициент сопротивления перемещению бункера перегружателя, _п=0,05

G_БП — вес бункера — перегружателя, Н

Вес бункера — перегружателя

m_п — масса бункера — перегружателя (пустой), m_п=12 000 кг

Грузоподъемность бункера-перегружателя

m_п — масса бункера — перегружателя (полный), m_п=15 000 кг

Напорное усилие

Условие движения комбайна без проскальзывания

106 956,86

P₁, P₂ — тяговая способность гусеничного органа перемещения, P₁= P₂=262 281,38 Н. Мощность, необходимая для перемещения комбайна

_пм — КПД механизма перемещения, _пм=0,4−0,5, V_k — скорость комбайна, V_k=0,213 м/мин

6. Расчет производительности комбайна

Теоретическая производительность

— плотность руды, т/м³

V_k — скорость комбайна, V_k=0,213 м/мин

S — площадь обработки, S=15,8 м²

Техническая производительность

К_Т — коэффициент технической производительности

Т — время 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, мин

Т_ко — время концевых операций, Т_ко=15 мин.

L_к — длина камеры, L_к=200 м

К_Г — коэффициент готовности, К_Г=0,6−0,8

t — время замены одного резца, t=2−3 мин.

n_p — количество заменяемых резцов

l — расстояние отгона комбайна для замены резцов, l=5 м

а — количество отгонов комбайна для замены резцов, а=1 раз

V_M — маневровая скорость комбайна, V_M=3,0 м/мин

1. Бреннер В. А. Режимы работы комбайнов для добычи калийных руд, М.: Недра, 1978

2. Проходческо-очистные комбайновые комплексы калийных рудников. Сост.: Васильев Б. В. и др., Пермь, РИО ПГТУ, ЗАО НИПО, ч.1, 1998, ч.2, 1999