где ск -32МПа - предел прочности породы на скалывание
Ктр 1.15 - коэффициент, учитывающий трение в подшипниках шарошек и бурового става о стенки скважин;
Кск 0.5 - коэффициент, учитывающий уменьшение скорости бурения из-за неполного скалывания породы между зубьями
Мощность N, Вт, двигателя вращателя:
N=M∙ω∙η=3203∙15,7∙0,65-1=77366Вт=77кВт
где - угловая скорость вращения долота, рад/с;
= 0.65-1 - КПД передачи трансмиссии вращателя.
Расход воздуха Wв, м3/мин, на продувку скважины от буровой мелочи зависит от объема выбуриваемой породы Vn, м3/мин., и удельного расхода воздуха, потребного на 1 м3 буровой мелочи:
Wв=Vn∙ε=15∙π∙D2∙Vб.max∙ε=15∙3,14∙0,3202∙0,204∙80=78 м3∕мин
где VБmах – 0,204 максимальная механическая скорость бурения, м/мин;
D– 0,320 диаметр скважины, м;
- удельный расход воздуха, равный 80...150 м3.
4.Производительность буровых станков
Определяю эксплуатационную сменную производительность, м/смену:
где Тс -480 мин.- продолжительность смены, мин;
КИ = 0.8 - коэффициент использования станка во времени смены.
Тп.з. = 35 мин . - продолжительность подготовительно-заключительных операций.
tб и tв - удельные затраты времени на бурение и выполнение вспомогательных операций (на 1 м скважины) соответственно, мин/м.
В свою очередь величина tб подсчитывается из выражения
где Vб –0,204 м/мин- механическая скорость бурения.
tв= t1+ t 2+ t 3+ t 4+ t 5
где t1–удельные затраты времени на переезд от скважины к скважине с учётом установки (горизонтирования) и снятия станка с домкратов (t1=0.4…1.5мин/м);
t2 - -“- на замену долота, мин/м
t3- -“- на подъём бурового става со скоростью маневровой подачи Vп.м.,мин/м
t 4 - -“- на перехват гидропатрона (для шпиндельной схемы подающего механизма t4=0);
t 5- -“- на сборку и разборку бурового става .
tв=2
мин ∕ м
5.Определение нагрузки на рабочее оборудование и мощности приводов главных механизмов экскаваторов
Удельное сопротивление копанию взорванных пород (f 6) определяют по уравнению
где kр -коэффициент разрыхления.
S –глубина снимаемой стружки.
dср -средний линейный размер куска.
.
5.1.Определение линейных размеров и масс основных элементов рабочего оборудования
Линейные размеры, м, ковшей механических лопат: ширина Bi, длина Li и высота hi, а также их массы mi, т, приближенно могут быть определены как функции их вместимости Е, м3, по следующим зависимостям:
для мехлопат
-ширина
ковша,
-длина
ковша,
-высота
ковша,л
-масса
ковша.
где Кк - коэффициент тары ковша с подвеской, равный 1.0...1.4 для легких, 1.3...1.9 - для средних и 1.6...2.4 - для тяжелых пород, т/м3;
Масса породы в ковше определяется по формуле
- 2,1 т/м3- плотности породы в целике.
Кр-1,6 - коэффициент разрыхления.
Масса рукояти или стрелы тi, кг,
mi=qi∙li
где qi и li - удельная масса и длина рукояти или стрелы соответственно.
mр=1315,7 ∙8,3=10920,3 кг.
mс=2308,7 ∙13,5=31167,5 кг
где тэ - масса экскаватора, т
Ширина
платформы
Высота
кузова
Радиус
задней стенки
Длина
стрелы
Высота
пяты стрелы
Радиус
пяты стрелы
Длина
рукояти
Высота
черпания max
Высота
разгрузки max
Высота
напорного вала
(высота рабочего забоя)
Радиус
черпания max
Радиус
разгрузки max
Удельная масса рукояти qрук, кг/м, и стрелы qс, кг/м, карьерного экскаватора определяется по эмпирическим формулам
qрук = kрук Е= 506∙100,415=1315,7 кг\м
qc = kc Е = 550∙100,623=2308 кг\м
6.Усилия, действующие на рабочее оборудование, и расчет мощности приводов одноковшовых экскаваторов
6.1Прямая мехлопата.
Расчётная сила сопротивления породы копанию Р01 на зубьях ковша на высоте напорного вала Нв, направленная по касательной к траектории резания:
Нормальная составляющая сила Р02, перпендикулярная траектории, для положения II рукояти может быть принята
Р02 = 0.1Р01= 0,1∙520000=52000 H
6.2Усилие подъема и мощность привода подъемной лебедки
Усилие в подъёмном канате Sn, Н, которым обуславливается нагрузка двигателя механизма подъёма, при черпании породы в любом положении ковша относительно забоя, определяется из уравнения моментов, учитывающего действие составляющих силы сопротивления породы копанию Р01, Н, Р02, Н, веса ковша с породой GК+П, Н, и веса рукояти GР, H, относительно оси напорного вала 0:
где r, r1, r2, r3, r4, , Р - плечи действия сил до оси напорного вала и углы наклона рукояти и подъемного каната соответственно (по рис1). r=0,1
=
(
+
)∙g=(16+13,1)∙9,8=285,1кН
=
∙9,81=10,920∙9,8=107,016кН
=16∙9.8=156.8кН
Где , , соответственно массы ковша, породы в ковше и масса рукояти.
На
рис.1 для экскаватора ЭКГ-10 плечи действия
сил до оси напорного вала соответственно
равны (KM=1,35):
r1=12,0м; r2=9,7м; r3=7,6м; r4=4,2м;
Все величины определены по рис.1 через длину стрелы и масштабный коэффициент. Углы замерены по рис.1 транспортиром. Р=29; =38; α=35; 1=4
Максимальное усилие, по которому определяется стопорный момент двигателя механизма подъема, определяется равенством
Sn max = (1.25...1.43) Sn =1,25∙1429=1786,25кН.
Усилие для выбора сечения каната dк с учетом числа его ветвей или кратности полиспаста in принимается
Мощность
привода подъемной лебедки прямой лопаты
находится на основании построения
диаграмм усилия подъема Sn,
скорости подъема Vn
и мощности подъема в течение цикла.
Поэтому для предварительных расчетов
время цикла мехлопаты можно разбить на
три равных периода: копание tк,
поворот на разгрузку tp
и поворот к забою tз.
При копании в режиме без перегрузок расчетное усилие Sn для механизма подъема принимается по формуле:
при = 90 и Р = 0. Двигатель механизма подъема в этом случае работает на рабочей части своей механической характеристики, и за расчетную принимается номинальная скорость подъема Vn
Следовательно скорость подъёма принимаем равной 1м/мин.
Мощность, кВт, соответствующая периоду черпания,
где Sn mах - максимальное усилие подъема, кН.
При повороте экскаватора с груженым ковшом усилие подъема ,
так как в этом случае усилие копания,
естественно, исключено. При таком
повороте реализуется только 10 - 30%
номинальной скорости подъема, так как
в этот период происходит удержание
ковша в определенном фиксированном
положении перед погрузкой в транспортный
сосуд.
438,3кН
При
повороте экскаватора с порожним ковшом
усилие подъема
,
Скорость опускания ковша Vn.o = (1.1...1.2)Vn.ном. Соответственно требуемая мощность этого периода
Средневзвешенная мощность двигателя механизма:
Мощность
по техничекой характеристики должна
быть не более 540кВт. Я получил 305,7 кВт.Это
значение полностью удовлетворяет
условию
Усилие напора и мощность напорного механизма
Первое положение
-Сила сопротивления внедрения ковша в породу в 1м положении равна
-Усилие в подъёмном канате
-величина усилия напора
Третье положение
Четвёртое положение
Из трёх положений находим наибольшее Sн и по ней определяем мощность двигателя напорного механизма при этом:
Скорость напора
м/с
Соответственно необходимая мощность равна:
∙0,16=73,6кВт
По ТТХ ЭКГ-10 мощность двигателя напора 200кВт что больше 73,6кВт значит двигатель подходит.
6.3Мощность привода гусеничного хода
Внешнее сопротивление, кН,
Wmax = Wn + Wк + Wвн =672,2+0,004+193,6=865кН.
Внутреннее сопротивление Wвн, кН,
Wвн = (0,05...0,1) 9,8·mэ=0,05∙9,8∙395=193,6кН
Сопротивление от перемещения на подъем, кН,
(сопротивление при развороте экскаватора не учитывается).
Сопротивление перекатыванию гусениц, кН,
где b – 1,1 м- ширина гусениц,
п - 2 число гусениц;
q0 - сопротивление породы смятию, q0 = 0.950.13 МНм2;
qп – 0,2 МН/м2 -паспортное (допускаемое) удельное давление
Окружное усилие на ведущих колесах, Н,
Мощность привода, кВт,
где VX =1.5 м/с скорость хода,
= 0.85 - КПД редуктора.
У экскаватора ЭКГ-10 2 двигателя по 65кВт я получил 17,1кВт значит двигатели подходят.
6.4.Определение диаметра и длины каната исполнительного механизма одноковшового экскаватора
Sp=C∙Sn
max=4,25∙
=3795675Н
где С - запас прочности каната (для экскаваторов малой и средней мощности 3.7...4.0, большой мощности - 4.25...4.55).
Выбираю подъёмные и тяговые лебёдки диаметром 70 мм способные выдерживать разрывное усилие каната до 3950000 Н.
7. Выбор и расчет карьерного автотранспорта
Выбор типоразмера карьерного автосамосвала производится из следующих соотношений – вместимость кузова автосамосвала должна быть не менее 3...5 емкостей ковша экскаватора осуществляющего погрузку в него породы. Поэтому выбираю автосамосвал БЕЛАЗ 75570 с грузоподъемностью 90 тонн и максимальной скоростью 60 км/ч.
Для определения количества транспортных средств необходимо определить протяженность трассы от забоя до обогатительной фабрики, методом планиметрирования (в среднем длина трассы не должна превышать 6...8 км). Принимаю дорогу длинной 6 км.
Определить время одного рейса, при этом необходимо учесть, что соотношение скоростей движения груженого самосвала к порожнему равно 0,5, а скорость порожнего самосвала в карьере не превышает 70...75% максимальной скорости его движения. Скорость порожнего автосамосвала принимаю 40 км\час, а груженного 20 км\час. По скорости движения и расстоянию определяю время в дороге: порожний-9мин, груженный-18мин. Принимаем что автосамосвал разгружается на фабрике (в отвал) 2 мин. Время загрузки автосамосвала экскаватором 3мин. Время одного рейса в итоге получаем 32мин. Не учитывая простои перед загрузкой в очереди (2-3 машины). Принимаем, что в очереди в среднем 2 машины, значит простой составляет 6 минут.
Значит, окончательно один рейс получаем 38 мин.
Из выше написанных расчетов берем сменную производительность экскаватора:
Далее принимаем что в одном автосамосвале 85 тонн породы т.к. экскаватор разгружает в него 3 раза по 10 м3 породу плотностью 2.84т/м3. Следовательно, делим сменную производительность экскаватора(19200м3) на объем загрузки одного автосамосвала(30м3), получаем общее количество рейсов = 640. Дальше находим необходимое время на выполнение объема этих работ одним автосамосвалом: 640*38=24320минут.
При данном расчете необходимо учесть простои самосвала по техническим и организационно технологическим причинам, (ктот=0,5...0,6). Учитывая это получаем: 24320*1,5=36480 минут.
За смену один авто самосвал может сделать 30 рейсов (общее время смены деленное на время одного рейса 960/32=30 рейсов). Т.е. один автосамосвал в смену работает: 30*32=960минут.
Теперь берем общее время с учетом простоев(36480мин.) и делим его на время работы автосамосвала в смену(960мин) и получаем соответственно 38 машин.
При расчете парка транспортных средств учитываем, что на 5 машин одна резервная и окончателино получаем парк из 45 автосамосвала.
Литература
1.Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Механическое оборудование карьеров» / Рецензент: д-р техн. наук, проф. Н.И. Сысоев / Составители: Литкевич Ю.Ф., Раков И.Я., Мирный С.Г., Асеева А.Е./ Юж. - Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 2000. - 53 с.
2. Нормативный справочник по буровзрывным работам Под ред. Ф.А. Авдеева и др. - М.: Недра, 1986. - 511с.
3. Подерни Р.Ю. Горные машины и автоматизированные комплексы для открытых работ. - М.: Недра, 1985. – 544с.
4. Справочник по бурению на карьерах / Под ред. Б.А. Симкина и др. - М.: Недра, 1990. - 224с.
5. Буровое оборудование: Каталог-справ. / НИИИнформтяжмаш. - М., 1983. -158с.
6.Экскаваторы для открытых горных работ: Каталог-справ. / НИИИнформтяжмаш. – М., 1983. - 129с.