2.3 Определение рационального режима работы выемочного комбайна

Решение поставленной задачи рекомендуется выполнять с использованием графоаналитического метода. В верхнем квадранте номограммы строится энергетическая характеристика комбайна, т.е. зависимость нагрузки на валу двигателя в функции скорости перемещения комбайна – f (V_п).

Возможен также упрощенный подход к определению зависимости нагрузки на валу двигателя в функции скорости подачи комбайна.

В этом случае принимается, что мощность на валу двигателя при i-й скорости резания исполнительного органа описывается следующим уравнением

Р = а_i + b V_п, (2.2.)

где а_i – условная мощность нагрузки двигателя при V_п =0, кВт;

b – приращение мощности двигателя при увеличении V_п на 1 м/мин, кВт · мин /м.

Значение a_i может быть определено по следующей формуле:

(2.3.)

где n_рр − количество резцов исполнительного органа, одновременно контактирующих с забоем;

η – к.п.д. передаточного механизма.

Для шнековых исполнительных органов

(2.4.)

шт

Коэффициенты α и β в формуле (2.2), учитывающие марку угля, принимаются по данным табл. 2.2.

Таблица 2.2.- Характеристика углей

Марка угля	α	β
Ж	46	0,27

Значение b в формуле энергетической характеристики (2.1) определяется по следующему выражению:

(2.5.)

где δ − коэффициент, учитывающий хрупко-пластические свойства угля, для вязких углей δ = 0,095, а для хрупких и весьма хрупких δ = 0,06;

Для современных комбайнов (УКД300, УКД400, КДК400, КДК500) со шнековыми исполнительными органами, каждый из которых приводится во вращение отдельным электродвигателем, в формулах (2.3) и (2.4) я принимаю H_p=D_и , то есть энергетическую характеристику следует определять только для опережающего исполнительного органа Р_оп=f(V_п).

В этом же квадранте помещается график зависимости допускаемой тепловой мощности электродвигателя в повторно-кратковременном режиме Р (S₁) от ПВ. Расчетное определение численных значений осуществляется по выражению

В нижнем квадранте номограммы приводятся зависимости Qт = f3 (Vп) и Qэ = f4 (Vп), где Qт и Qэ соответственно теоретическая и эксплуатационная производительности комбайна.

Для комбайнов с индивидуальным приводом шнеков (УКД300, УКД400, КДК400, КДК500) производительность следует определять только для опережающего исполнительного органа:

Здесь К_э – коэффициент непрерывности работы очистного комбайна, определяемый по формуле

γ – плотность угля, т/м³;

L – длина лавы, м;

К_г – коэффициент готовности комбайна (0,8…0,9);

Т_мо, Т_ко, Т_зи, Т_оп – отнесенные к одному циклу затраты времени соответственно на маневровые, концевые, на замену инструмента, а также на организационные и другие причины, не связанные с комбайном, мин.

Значения Тмо, Тко, Тзи и Топ определяются следующим образом:

Т_мо = L/V_пmax – при односторонней схеме работы комбайна;

Т_мо = 0 – при челноковой схеме работы комбайна;

T_зu =

Тко = (15…20) мин;

Т_оп = (25…30) мин,

где V_{п max} – максимальная скорость подачи комбайна;

Z – удельный расход режущего инструмента (см. табл. 2.3)

t_p – время на переустановку одного резца (0,5 - 2) мин.

ПВ_доп =

Для контроля следует произвести построение указанных кривых по следующим аналитическим зависимостям:

(2.11.)

Максимальная (без учета ограничений) производительность комбайна соответствует точке пересечения построенных кривых Q_э и Q_ПВi

Используя полученные данные по нагрузке двигателя и теоретической производительности комбайна, определяются удельные энергозатраты на выемку – W_i, кВтч/т, для каждой из скоростей резания:

- для комбайнов с индивидуальным приводом шнеков (УКД300, УКД400, КДК400, КДК500) удельные энергозатраты следует определять только для опережающего исполнительного органа

W_i = P_оп/Q_т.оп = (α_i + b V_п)/Q_т.оп . (2.12.)

Результаты определения удельных энергозатрат при различных значениях скорости подачи комбайна в виде графиков приводятся в верхнем квадранте.

Результаты вычислений представляются в виде табл. 2.3.

Таблица 2.3.

Vп, м/мин	Р, кВт	Qт.оп, т/ч	Кэ	Qэ.оп, т/ч	W, кВт ч/т
1	120,3	98,0343	0,6760729	66,278333	1,8150728
2	183	196,069	0,58539068	114,77673	1,5943998
3	245,7	294,103	0,51615799	151,80356	1,6185391
4	308,4	392,137	0,46156934	180,99851	1,7038815
5	371,1	490,172	0,41742287	204,60879	1,813705
6	433,8	588,206	0,38098393	224,09696	1,9357692
6,5	465,15	637,223	0,36505039	232,61849	1,9996261

Следующим этапом определения рационального режима работы комбайна является учет вышеприведенных параметров ограничений. Часть из них (V_пmax, Q_конв) находится из технических характеристик комбайна и конвейера.

Целью выявления ограничения скорости подачи V_nк по производительности забойного конвейера является обеспечение его допускаемой загрузки при работе очистного комбайна по условию

Q_т.оп ≤ (0,7…0,8)·Q_конв = 0,7 · 600 = 420 т/ч

где Q_конв – теоретическая производительность конвейера по данным его характеристики,СН 38 - 600 т/ч.

Значение скорости V_nк может быть установлено по формуле:

(2.13.)

Целью учета ограничения скорости подачи комбайна значением V_пкр является соблюдение требования по обеспечению допускаемой горно-геологи-ческими условиями площади обнажаемой кровли вслед за работающим комбайном.

Ограничение скорости подачи комбайна по креплению забоя механизированной крепью производится по зависимости:

V_пкр = К L_кр/t_кр (2.14.)

где К = 0,4…0,9 – коэффициент, учитывающий горно-геологические условия;

L_кр – шаг установки секций крепи по длине лавы, м;

t_кр - норматив времени на переустановку одной секции крепи;

t_кр = (0,2…0,3) мин.

t_кр = (0,2…0,3) мин.

Так как скорость крепления тормозит скорость комбайна и не дает на полную мощность использовать возможности комбайна, рассчитываю поправочную скорость крепления где принимаю коэффициент обслуживания К = (1,8 – 1,9) и получаю:

Целью определения скорости подачи по вылету режущего инструмента l_р является выполнение требования отсутствия недопустимого контактирования с неразрушенным массивом угля резцедержателей работающего исполнительного органа с учетом его конструктивных особенностей.

Для наиболее распространенных комбайнов, имеющих шнековые или барабанные исполнительные органы:

, (2.16.)

где n_и.о – частота вращения исполнительного органа, об/мин;

n_рл – число резцов в одной линии резания;

l_р –радиальный вылет резца, для КДК500 от 7 до 9 см.

Цель определения скорости подачи комбайна по условию Р_у≥Р – обеспечить работу комбайна без опрокидов его двигателя. Для определения V_Ру необходимо установить расчетное значение Р_у по зависимости:

Р_у = М_у n_у / 9550 (2.17.)

где М_у – устойчивый момент двигателя, Нм;

n_у – частота вращения ротора двигателя, соответствующая устойчивому моменту, об/мин. В первом приближении принимается равной номинальной частоте вращения.

Устойчивый момент двигателя определяется по зависимости

(2.18.)

где М_мф – максимальный вращающий момент электродвигателя в условиях его питания от реальной шахтной сети, Нм. В первом приближении М_мф=0,72 М_к = 0,72 4475 = 3222

Здесь М_к – максимальный вращающий момент электродвигателя в условиях его питания номинальным напряжением, Нм;

К_упр – коэффициент управления, учитывающий качество управления по поддержанию нагрузки на заданном уровне. Принимается при автоматическом управлении 0,9, а при «ручном» – 0,8;

К_нч=1,1…1,5 – коэффициент, учитывающий отношение амплитуды низкочастотной слагающей максимальной нагрузки и среднему ее значению;

К_вч = 0,3…0,4 – коэффициент, учитывающий отношение амплитуды высокочастотной слагающей нагрузки к максимальному значению низкочастотной составляющей;

К_д – коэффициент выравнивания высокочастотной слагающей нагрузки. К_д = 0,1…0,3 – для однодвигательного привода; К_д = 0,5…0,8 – для двухдвигательного привода исполнительного органа.

Рациональные значения скорости подачи V_прац = 8 м/мин и скорости резания V_ррац определяют исходя из условия обеспечения максимальной эксплуатационной производительности (Q_э → max) при минимальных удельных энергозатратах (W→ min) с учетом всех рассмотренных ограничений.

С учетом полученного значения подачи определяется величина сменной эксплуатационной производительности комбайна

(2.19.)

где Т_см – продолжительность смены, ч;

t_пз = 2(0,15…0,25) – затраты времени на подготовительно-заключительные операции, ч.

В заключении работы формулируется соответствующий вывод. При низких технико-экономических показателях работы очистного забоя необходимо предложить возможные пути их повышения.