2. Примеры решения задач

2.1. Определение скорости передвижения одношнекового очистного комбайна и его производительности

Общий вид и схема комбайна приведены на рис. 1.

а

б

Рис. 1. Очистной комбайн EW-200/230:

а – общий вид; б – принципиальная схема одношнекового очистного комбайна

Основные исходные данные:

ширина захвата В = 0,8 м;

мощность разрабатываемого слоя Н = 1,3 м;

диаметр режущего шнека D = 1,3 м;

угловая скорость шнека ω = 5 рад/с;

масса комбайна m_к = 32000 кт;

коэффициент сопротивления движению комбайна k_n = 0,5;

мощность двигателя N = 330 кВт.

Остальные исходные данные вводятся по ходу расчета.

Составим уравнение баланса мощности принимая во внимание, что основные составляющие затрат мощности следующие:

N₁ – мощность на разрушение породы исполнительным органом;

N₂ – мощность на преодоление сопротивления подаче исполнительного органа и сопротивление самопередвижению комбайна;

N₃ – мощность для погрузки породы на забойный конвейер.

Вычислим указанные мощности через скорость подачи v_п, используя средние значения удельных затрат энергии.

, (9)

где e_p – удельные затраты мощности на разрушение породы, отнесенные на единицу массовой производительности G;

η₁ – КПД привода исполнительного органа.

По экспериментальным данным e_p = 5400 Вт∙с/кг [2]; η₁ = 0,75.

Тогда

, кВт. (11)

Для определения силы сопротивления подаче P_п воспользуемся формулой

, (11)

где k_п – коэффициент пропорциональности;

Р_р – приведенная сила сопротивления резанию;

М_р – момент силы сопротивления резанию;

ω – угловая скорость шнек-фрезы.

Таким образом

, кН·м, (12)

а

, кН. (13)

Коэффициент k_п изменяется в значительных пределах. Примем k_п = 0,5. Тогда , кН.

Общая сила сопротивления перемещению комбайна

, кН.(14)

где k_f = 0,5 – коэффициент сопротивления движению комбайна.

Мощность на перемещение комбайна и преодоление сопротивления подаче

, (15)

где η₂ – КПД привода механизма подачи. Приняв КПД равным 0,85, имеем

N₂ = 183,5 v_п + 2715 v_п²_,, кВт.

Мощность для погрузки породы на забойный конвейер вычислим по упрощенной формуле, учитывающей основные затраты мощности на поперечное перемещение породы,

, (16)

где ƒ – коэффициент трения породы о подошву выработки;

l – длина перемещения породы при погрузке на забойный конвейер;

k_п – коэффициент, учитывающий дополнительные затраты мощности на подъем породы при погрузке;

η₃ – общий КПД привода исполнительного органа и шнека, как транспортирующего устройства.

Приняв ƒ = 0,6, k_п = 1,3, l = 1 м, η₃ = 0,5, получим

, кВт.

Таким образом, для определения скорости подачи имеем уравнение:

,

или

.

Это квадратное уравнение, решение которого

м/с.

Из двух корней выбирается положительный.

Решение определяет теоретическую скорость подачи (перемещения) очистного комбайна, на основании которой можно вычислить расход мощности на выполнение отдельных операций процесса выемки:

кВт;

N₂ = 183,5·0,0216 + 2715·0,0216² = 3,96 + 1,24 = 5,2 кВт;

N₃ = 31,8·0,0216 = 0,7 кВт.

Теоретическая скорость подачи (перемещения) является основой для определения производительности комбайна в конкретных условиях работы.

Теоретическая производительность:

– объемная м³/с;

– массовая кг/с = 2,7 т/мин.

Техническая производительность (при k_т = 0,6):

– объемная м³/с;

– массовая кг/с = 1,62 т/мин.

Эксплутационная производительность (при k_э = 0,52):

– объемная м³/с;

– массовая кг/с = 1,4 т/мин.

Исходные данные для определения производительности очистных комбайнов со шнековым исполнительным органом приведены в табл. 1.