Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова

(технический университет)

К.А. Васильев, А.К. Николаев

ТРАНСПОРТНЫЕ

МАШИНЫ

Допущено Учебно-методическим объединением

вузов Российской Федерации по образованию в области горного дела

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 171000 направлений 650600 и 651600

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2003

УДК 621.86 (075.80)

ББК 33.16

В 19

Изложены основы теории и расчета транспортных машин непрерывного действия, основы теории локомотивной откатки, широко используемой на угольных и рудных шахтах в качестве магистрального транспорта полезного ископаемого, а также для транспортирования материалов и людей.

Подробно изложена методика выбора и эксплуатационного расчета ленточных конвейеров, приведены технические характеристики шахтных ленточных конвейеров общего назначения, а также справочные материалы, необходимые для расчета.

Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 170100 «Горные машины и оборудование», 090400 «Шахтное и подземное строительство», 651600 «Технологические машины и оборудование» и 650600 «Горное дело».

Научный редактор проф. А.А.Кулешов

Рецензенты: кафедра подземно-транспортных машин Северо-Западного государственного заочного технического ун-та; канд. техн. наук В.Л.Пинский (ОАО ВНИИГалургии).

Васильев К.А.

В19. Транспортные машины: Учеб. пособие / К.А.Васильев, А.К.Николаев.

Санкт-Петербургский горный ин-т (технический университет). СПб, 2003. 121 с.

ISBN 5-94211-216-9.

УДК 621.86 (075.80)

ББК 33.16

ISBN 5-94211-216-9

 Санкт-Петербургский горный институт им. Г.В.Плеханова, 2003 г.

Введение

Изучение дисциплины «Транспортные машины» студентами специальностей 170100 «Горные машины и оборудование», 090200 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», 090400 «Шахтное и подземное строительство» предусматривает глубокое ознакомление с основами теории и методами расчета основных видов горно-транспортного оборудования конвейерных и гидротранспортных установок, самоходного оборудования, рельсовых транспортных установок и ряда других.

Ленточные конвейеры – основной и наиболее совершенный вид непрерывного транспорта, широко используемый на угольных и рудных шахтах, разрезах и обогатительных фабриках.

При проектировании конвейерных линий этих предприятий в их состав включаются типовые ленточные конвейеры, которые в процессе проектирования подвергаются эксплуатационному (проверочному) расчету для оценки пригодности выбранного из каталога конвейера в конкретных производственных условиях. Такой же расчет выполняют и для конвейеров, находящихся в эксплуатации с целью проверки соответствия расчетных параметров конвейера эксплуатационным.

Локомотивная откатка широко используется на угольных шахтах и рудниках в качестве магистрального транспорта полезного ископаемого, а также для транспортирования породы, вспомогательных материалов и людей. При проектировании транспортных систем горных предприятий и, в ряде случаев, при их эксплуатации определение параметров локомотивной (чаще всего электровозной) откатки осуществляется расчетом. Результаты этого расчета позволяют обосновать выбор конкретных типоразмеров локомотива и подвижного состава, определить количество вагонеток в прицепной части поезда, удовлетворяющее требованиям правил эксплуатации и правил безопасности горных предприятий, а также требуемое количество локомотивов и вагонеток для транспортирования горной массы и вспомогательных материалов на откаточном горизонте.

Методики расчета локомотивной откатки с необходимыми теоретическими положениями приводятся в целом ряде учебников и монографий. Однако эти методики допускают определенные разночтения и не всегда согласованы с теоретическими предпосылками. Кроме того, методики расчета во многих случаях не сопровождаются достаточно полными справочными материалами, необходимыми для проведения расчетов. Это затрудняет выполнение курсовых и дипломных проектов.

В настоящем учебном пособии основы теории локомотивной откатки изложены в строгом соответствии с классическими законами механики и теории трения с учетом результатов экспериментальных исследований в области электровозной откатки. Приведенная в пособии методика расчета электровозной откатки базируется на теоретических положениях и снабжена в полном объеме необходимыми справочными материалами.

1. Основы теории и расчета ленточных конвейеров

1.1. Грузы и грузопотоки

Все грузы, перемещаемые на горных предприятиях, обычно подразделяются на штучные и насыпные.

Штучные грузы (в тарной упаковке, узлы оборудования) характеризуются формой, габаритами, массой. Их доля в общем объеме грузов горно-добывающих предприятий обычно незначительна.

Насыпные грузы – основной вид грузов, транспортируемых на горных предприятиях.

Физико-механические характеристики насыпных грузов оказывают существенное влияние на выбор конструкции и условий эксплуатации транспортного оборудования. К этим характеристикам относятся крупность, насыпная плотность, угол естественного откоса, абразивность, влажность, липкость, склонность к слеживанию и самовозгоранию.

Крупность материала определяется его гранулометрическим составом и характеризуется линейными размерами кусков груза по трем взаимно перпендикулярным направлениям, из которых наибольший условно называют длиной куска а.

Если в пробе груза группа наибольших кусков, имеющих длину от а_max до 0,8 а_max, по массе будет составлять менее 10 %, то наибольшим типичным считают кусок, длина которого = 0,8 а_max. При большем процентном содержании по массе группы наибольших кусков в пробе грузов наибольшим типичным считают кусок длиной = а_max. В зависимости от однородности состава насыпные грузы подразделяют на рядовые и сортированные. Критерием для разделения является соотношение между максимальным и минимальным размерами кусков груза. При а_max /а_min ≥ 2,5 груз считается рядовым, при а_max /а_min < 2,5 – сортированным. Рядовые грузы характеризуются максимальным размером куска, сортированные – средним.

В зависимости от размера а типичного куска насыпные грузы подразделяют на пылевидные (а < 0,05 мм), порошкообразные (0,05-0,5), зернистые (0,5-10), мелкокусковые (10-60), среднекусковые (60-160) и крупнокусковые (а > 160).

Крупность материала оказывает влияние на выбор параметров (размеры, прочность) конструктивных элементов транспортных машин, взаимодействующих с грузом. Например, пылевидные и порошкообразные грузы требуют применения транспортных средств специального исполнения, предотвращающих распыление и связанные с этим потери груза при транспортировании.

Насыпной плотностью ρ называют массу единицы объема свеженасыпанного материала. Насыпная плотность всегда меньше плотности ρ материала в плотном массиве. Соотношение между ними определяется коэффициентом разрыхления материала k_р = ρ/ρ. В зависимости от насыпной плотности грузы подразделяют на легкие (ρ < 0,6), средние (0,6 ≤ ρ ≤ 1,6) и тяжелые (ρ > 1,6).

Груз, свободно насыпанный на горизонтальную плоскость, образует штабель конусной формы. Угол, образованный боковой поверхностью конуса с горизонтальной плоскостью, называется углом естественного откоса. Его значения зависят от сил сцепления между собой частичек груза, которые изменяются с изменением формы и размеров кусков, влажности и липкости материала.

В процессе транспортирования насыпного груза происходит его встряхивание, в результате чего угол естественного откоса уменьшается. Поэтому различают углы естественного откоса в покое φ (рис.1.1, а) и в движении φ (рис.1.1, б). Средние значения углов естественного откоса для некоторых грузов приведены в работе [1].

Рис.1.1. Углы естественного откоса груза: а – в покое; б – в движении

Абразивность – свойство грузов истирать в процессе их загрузки, разгрузки и транспортирования соприкасающиеся с ними поверхности конструктивных элементов транспортирующих машин.

Влажность и связанная с ней липкость некоторых грузов серьезно затрудняют их транспортирование, разгрузку из бункеров, требуют применения специальных очистных устройств, покрытия поверхностей конструктивных элементов машин и бункеров, контактирующих с грузом, материалами, снижающими эффект прилипания.

Склонность к слеживанию и самовозгоранию – свойства, присущие некоторым видам сыпучих грузов, например отдельным сортам углей.

Слеживаемость характеризуется потерей подвижности частиц материала при длительном хранении его в штабелях складов и бункерах. Слеживаемость затрудняет транспортировку угля со склада, нарушает его нормальное истечение из бункеров. Для борьбы со слеживаемостью применяют различного рода разрыхлители (механические, пневматические, вибрационные).

Самовозгораемость. При длительном хранении углей в штабелях вследствие интенсивного окисления на воздухе происходит нагрев угля с последующим образованием очагов самовозгорания. Для углей, склонных к самовозгоранию, ограничивают высоту штабеля, осуществляют контроль их температуры.

Транспортируемые грузы образуют грузопотоки.

Грузопотоком называют количество груза (массу в тоннах или объем в кубических метрах), перемещаемого в единицу времени по определенной трассе. Различают массовый и объемный грузопоток.

Обычно на горных предприятиях используют понятия суточного, сменного и часового грузопотока.

От грузопотока зависит выбор производительности (массовой или объемной) транспортных установок, под которой понимают массу или объем груза, перемещаемого транспортной установкой в единицу времени (обычно 1 ч). Часовая производительность транспортной установки Q является ее основным параметром.

Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность транспортных машин.

Теоретическая производительность Q_т – максимальная расчетная производительность машины без учета влияния на нее эксплуатационных и организационных факторов. Этот параметр используется при проектировании новых транспортных машин.

Техническая производительность Q_техн – максимальная производительность машины в конкретных условиях эксплуатации без учета влияния на нее организационных факторов (остановок машины по организационно-техническими причинам).

Эксплуатационная производительность Q_э – среднечасовая производительность машины в конкретных условиях эксплуатации с учетом влияния на нее эксплуатационных и организационных факторов.

Соотношение между этими производительностями в реальных условиях определяется выражением Q_т > Q_техн > Q_э.

Таким образом, техническая производительность отражает возможную максимальную производительность транспортной машины в условиях идеальной организации труда и производства, а эксплуатационная – фактическую производительность машины, которую она развивает в конкретных условиях эксплуатации.

Часто используют понятие паспортной производительности, под которой понимают техническую производительность в условиях эксплуатации, сформулированных в техническом задании на ее изготовление. Значение этой производительности указано в техническом паспорте машины. Следует помнить, что паспортная производительность машины практически всегда отличается от ее технической производительности. По значению паспортной производительности можно лишь ориентировочно выбрать транспортную машину для конкретных условий эксплуатации с последующей проверкой этого параметра расчетом.

Выбирают транспортные установки по максимальному часовому грузопотоку, который называют расчетным Q_р, соблюдая условие

Q_техн ≥ Q_р. (1.1)

В реальных условиях горных предприятий грузопотоки существенно изменяются во времени, отклоняясь как в большую, так и

в меньшую сторону от среднего значения. Степень неравномерности грузопотока характеризуется коэффициентом неравномерности, который представляет собой отношение максимального грузопотока к его среднему значению:

k_н = Q_гр.max /Q_гр.ср. (1.2)

Научно обоснованные значения k_н содержатся в нормах технологического проектирования горных предприятий.

Среднечасовой грузопоток можно определить из выражения

Q_гр.см = А_см/(t_см – t_п), (1.3)

где А_см – сменное задание технологическому участку, на котором установлена транспортная машина, т; t_см – продолжительность смены, ч; t_п – плановые перерывы в работе транспортной установки в течение смены, ч.

Тогда в соответствии с уравнением (1.2)

Q_р = Q_гр.max = k_нА_см/(t_см – t_п). (1.4)

Выражение t_см – t_п называют машинным временем работы транспортной установки t_м.

Если транспортная машина установлена непосредственно за технологическим аппаратом (например питатель установлен под дробилкой), то расчетный грузопоток, поступающий на нее, принимается равным паспортной производительности технологического аппарата.