5.5 Расчет устойчивости комбайна sl-500

В этом подразделе проведён расчет устойчивости комбайна SL-500 по методике [15] применительно к рассматриваемым горно-геологическим условиям шахты. Введение в конструкцию комбайна дробилки может повлиять на его устойчивость. Поэтому произведен проверочный расчет устойчивости при наличии дробилки.

Устойчивая работа комбайна осуществляется, если на всех опорах (завальных и забойных) будут положительные реакции. При кратковременных повышениях нагрузки, вплоть до опрокида электродвигателя, на завальных опорах могут возникать отрицательные реакции (отрывные усилия). Реакции в опорах формируются от усилий на шнековых исполнительных органах в совокупности с массой комбайна и усилием подачи. Усилия на шнековых исполнительных органах формируются от крутящего момента электродвигателя и передаточного отношения трансмиссии. Устойчивость комбайна определяется при моменте на валу электродвигателя, превышающем в 1,35 раза тяговый момент. При ориентировочных расчетах тяговый момент берут равным половине стендового момента, указанного в паспорте электродвигателя.

Комбайн представляет собой статически неопределимую систему, так как имеет четыре опоры. Для составления и решения систем уравнений устойчивости комбайна необходимо иметь статически определимую систему, для этого реакции в одной из четырех опор приравнивают к нулю, делая допущение, что нагружены в комбайне только три опоры. Податливость системы комбайн – конвейер обеспечивает работу всех четырех опор с определенной величиной неравномерности распределения нагрузки между ними. Величина неравномерности распределения нагрузки между опорами задается коэффициентом 1,31,5. При ориентировочных расчетах упомянутый коэффициент неравномерности можно не учитывать. При создании новых комбайнов определение устойчивости выполняется от конкретных сил резания, формируемых непосредственно шнековым исполнительным органом безотносительно электродвигателя, так как он может быть еще не спроектирован или не выбран из числа стандартных. В этом случае устойчивость комбайна может определяться при различных величинах сопротивляемости угля резанию, различных величинах скорости подачи и т.д. Устойчивость комбайна и максимальные реакции в опорах могут определяться и при опрокидном моменте на валу электродвигателя с целью анализа поведения комбайна при пиковых нагрузках. Тенденция непрерывного повышения энерговооруженности машин при одновременном стремлении уменьшить габариты и массу комбайна приводит к следующему:

• Окружные усилия на шнековых исполнительных органах возрастают и становятся соизмеримы с массой комбайна;

• Появляются отрицательные реакции в опорах, что меняет представление об устойчивости комбайна, предполагающее реакции в опорах только положительными.

При наличии отрицательных реакций в забойных опорах (например, при пиковых нагрузках) комбайн упирается опережающим шнеком в верхнюю пачку угля, а не отрывается от конвейера. Отрицательные реакции в опорах не могут служить критерием устойчивости комбайна, а являются следствием повышения его энерговооруженности.

Расчет устойчивости комбайна выполняется относительно опорного контура (рис. 5.14). Опорный контур представляет собой геометрический многоугольник, соединяющий центры опор комбайна. В наиболее распространенных случаях этот четырехугольник, соединяющий прямыми линиями центры опор комбайна, относительно которых под действием сил, возникающих от шнековых исполнительных органов,дробилки и механизмов подачи, возможен разворот комбайна. Четырехугольник является статически неопределимым опорным контуром. Статически определимым опорным контуром является треугольник, для этого реакцию в одной из точек четырехугольника, например в точке 2, принимаем (см. рис.5.14). При статически определимом опорном контуре в точках 4 и 3 прилагаются реакции в завальных опорах, в точке 1 прилагаются реакции в забойной опоре. Комбайн нагружен системой сил от шнековых исполнительных органов и дробилки,,,,,, усилия подачии массы комбайнаG. Каждая сила имеет плечо, кратчайшее расстояние соответственно до плоскости опорного треугольника или до его стороны, относительно которой в конкретном случае рассматривается условие равновесия, например, относительно стороны 1-4 опорного треугольника 1-3-4. Принимаем, что плечо усилия подачи равно нулю, а силу трения в опорах не учитываем. Моменты от сил на шнековых исполнительных органах, например относительно стороны 1-4 опорного треугольника, способствуют нарушению равновесия, т.е. получению отрицательной реакции, а от силыG способствуют восстановлению равновесия, получая положительную реакцию.

Рис. 5.14 Расчетная схема опорного контура комбайна:

1 – опора забойная левая; 2 – опора забойная правая; 3 – опора завальная правая; 4 – опора завальная левая; ,– вертикальные составляющие усилия резания на правом, левом исполнительных органах и дробилке; - горизонтальные составляющие усилия резания на правом, левом исполнительных органах и дробилке; G – сила веса комбайна; реакции в опорах комбайна; – тяговое усилие механизма подачи;l; l, l – плечи приложения усилий, и;h; h, h– плечи приложения усилий и.

При положительном значении реакций комбайн устойчив. При отрицательном значении хотя бы одной из реакций необходимо проанализировать влияние этой отрицательной реакции на устойчивую работу комбайна с учетом конкретных условий эксплуатации. После этого принимается решение о направлении дальнейшего проектирования комбайна, проведения уточненного расчета устойчивости, перекомпоновки и т.д.