Плютов Ю.А. Транспортные машины

Подождите немного. Документ загружается.

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Лекция 2. Определение основных параметров транспортных машин



Транспортные машины. Конспект лекций -11-

в двигательном режиме по формуле

N = k

v/(1000η); (2.11)

в тормозном (генераторном) режиме по формуле

N = k

v η /1000, (2.12)

где k

– коэффициент запаса, учитывающий кратковременные перегрузки

двигателя; η – КПД передачи; v – скорость движения, м/с.

При определении мощности по формулам (2.11) и (2.12) при часто ме-

няющейся нагрузке пользуются средним квадратичным значением тягового

усилия за цикл.

Расход энергии

Расход энергии за цикл А

, кВт·ч, транспортной машины определяют по

потребляемой мощности за каждый период транспортного цикла, т.е.

= N

+ N

+ ... + N

, (2.13)

где N

, N

, ..., N

– мощность, потребляемая транспортной машиной в течение

составляющих t

, t

, ..., t

времени цикла Т

, ч.

Сопоставление расхода энергии транспортных машин проводится по

удельным показателям – энергозатратам, отнесенным к массе перевезенного

груза G

гр

, т:

a' = A

гр

(2.14)

или к массе груза и расстоянию транспортирования:

a'' = A

/(G

гр

L) . (2.15)

Значения а' и а" измеряются в кВт·ч/т и в кВт·ч/(т·км).

Контрольные вопросы

1. Как определяется производительность транспортных установок не-

прерывного и периодического действия?

2. Как определяется мощность двигателя транспортных установок не-

прерывного и периодического действия?

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН



Транспортные машины. Конспект лекций -12-

План лекции

1. Физико-механические свойства транспортируемых грузов.

2. Типы грузопотоков.

3. Параметры, характеризующие грузопоток.

Основные грузы (полезное ископаемое и вскрышные породы) на карь-

ерах относятся, как правило, к насыпным, т.е. транспортируемым внасыпку.

Большинство вспомогательных грузов (оборудование и т.д.) классифицируют

как штучные. Насыпные грузы, перевозимые в таре, также относятся к штуч-

ным грузам. Штучные грузы характеризуются габаритными размерами и

массой. Насыпная горная масса отличается большим разнообразием влияю-

щих на эффективность транспортирования свойств: кусковатостью, плотно-

стью, углом естественного откоса, крепостью, абразивностью, влажностью,

слеживаемостью, склонностью к пылеобразованию и самовозгоранию, тек-

сотропностью и др. Остановимся на основных из них.

Кусковатость, или гранулометрический состав насыпного груза, – это

количественное соотношение кусков различной крупности в горной породе,

% по массе.

Кусковатость определяют посредством замеров кусков по трем взаим-

но-перпендикулярным направлениям, причем наибольший размер куска ус-

ловно называют его длиной (а').

Различают рядовые грузы, у которых a'

max

/a'

min

> 2,5, и сортированные,

у которых a'

max

/a'

min

< 2,5, где а'

max

и a'

min

– длина, соответственно, наиболь-

шего и наименьшего кусков, мм.

Грузы можно характеризовать типичным куском. Если в рядовом грузе

содержится менее 10 % (по массе) кусков длиной, изменяющейся от а'

тaх

до

0,8 а'

mах

, то кусок размером 0,8 а'

mах

считают типичным, если более или рав-

но 10 %, то типичным считают кусок, длина которого равна a'

max

Для сортированных грузов типичным является средний кусок, длина

которого a'

= (a'

max

+ a'

min

)/2.

По крупности кусков, мм, насыпные грузы на карьерах разделяются на

группы:

мелкокусковые .......................... …до 60

среднекусковые .......................... .. 60–160

крупнокусковые ........................... свыше 160

Куски груза, не требующие дробления перед отправкой потребителю,

называют кондиционными (400–600 мм), а куски больших размеров – нега-

баритом. Груз, содержащий большое число негабаритов, называется весьма

крупнокусковым.

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Лекция 3. Понятие о грузах и грузопотоках



Транспортные машины. Конспект лекций -13-

Плотность груза представляет собой отношение массы материала к его

объему, т.е. массу единицы объема. Плотность горных пород приводится или

в массиве (т.е. в естественном состоянии) у, т/м

, или в разрыхленном со-

стоянии (насыпная плотность) γ

, т/м

. Отношение этих двух величин γ/γ

которое всегда больше 1, определяет коэффициент разрыхления К

. Коэффи-

циент разрыхления горной массы зависит от ряда факторов, таких как способ

рыхления горных пород (буровзрывной или механический), способы погруз-

ки и перемещения. В расчетах обычно пользуются средними значениями ко-

эффициента разрыхления в транспортном сосуде.

По плотности γ, т/м

, карьерные грузы разделяют на следующие:

легкие .............................................. 1,0–2,0

средние ............................................ 2,0–2,5

тяжелые ........................................... 2,5–3

весьма тяжелые .............................. 3–4

Углом естественного откоса насыпного груза называют угол, обра-

зуемый свободной поверхностью сыпучей массы с горизонтальной плоско-

стью, на которой он покоится. Этот угол характеризует степень взаимной

подвижности частиц горной массы: чем она больше, тем угол естественного

откоса меньше.

При движении транспортной машины на насыпной груз действуют ко-

лебания и толчки, увеличивающие подвижность частиц. Поэтому различают

угол естественного откоса в покое (ρ') и в движении (ρ). Причем

ρ = (0,5·0,7) ρ'.

Различают также угол обрушения (ρ

обр

) между образующей коническо-

го развала насыпного груза при его обрушении (например, в бункере) и гори-

зонтальной плоскостью.

Крепость горных пород оценивают коэффициентом крепости по шкале

М.М. Протодьяконова:

f = 10

-7

вр

где σ

вр

– временное сопротивление горных пород на сжатие, Па.

Между крепостью горных пород и плотностью, как правило, суще-

ствует зависимость: чем больше крепость, тем больше и плотность (табл.).

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Лекция 3. Понятие о грузах и грузопотоках



Транспортные машины. Конспект лекций -14-

Таблица

Основные характеристики насыпных грузов

Груз

Насыпная

плот-

ность,

т/м

Коэффици-

ент раз-

рыхления

Угол естест-

венного отко-

са груза в по-

кое ρ', град

Коэффи-

циент

крепости

пород f

Антрацит мелкокусковой, сухой 0,8–0,95 1,4 45 2,3

Уголь каменный кусковой, рядовой 0,8–0,95 1,4 30–45 2

Уголь бурый 0,85–1 1,3 27–30 2,5

Кокс среднекусковой 0,48–0,53 1,3 35–50 1,5

Торф кусковой, сухой 0,33–0,5 1,4 32–45 1,3

Руда железная:

красный железняк 2,0–2,8 1,4–1,6 45–50 14–16

бурый железняк 1,2–2,0 1,4–1,6 45–50 14–16

магнитный железняк 2,5–3,5 1,4–1,6 45–50 14–16

Руда марганцевая 1,4–2,0 1,3

40–45 3

Известняк мелкокусковой 1,2–1,5 1,3

40–45 2,8

Глина:

углистая 1,2–1,3 1,6 27–30 2,8

мергелистая 1,5 1,2 32–35 3,5

плотная 1,6 1,2 32–35 4

серая 1,9 1,2 38–40 4,5

Суглинки лессовидные 1,6 1,2 35 4

Песок:

сухой 1,4–1,65 1,15 30–35 –

сырой 1,9 1,1 30 –

углистый 1,7–1,8 1,12 38–40 –

Сланцы известковые и песчаные 1,9–2 1,6 40–45 4,8

Скальные породы 1,8–2 1,6 40–45 7,0–15

Грузопотоком называется поток груза, параметры которого определены

во времени и в пространстве. Грузопоток в карьере называется сосредото-

ченным, если все грузы транспортируются по одним коммуникациям. При

использовании различных путей сообщения для транспортирования вскрыши

и полезного ископаемого грузопоток называют рассредоточенным. Грузопо-

токи могут быть непрерывными и дискретными (при использовании, соот-

ветственно, непрерывного и цикличного транспорта), прямыми и обратными

(соответственно, в грузовом и порожн

яковом направлениях). Они характери-

зуются производительностью, интенсивностью движения (пропускная и про-

возная способности транспортных коммуникаций), ритмичностью (отноше-

ние максимальной производительности к минимальной).

Контрольные вопросы

1. Каковы основные виды грузопотоков?

2. Какие физико-механические свойства грузов вы знаете?

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН



Транспортные машины. Конспект лекций -15-

План лекции

1. Силы сопротивлений движению транспортных машин цикличного

действия.

2. Силы сопротивлений движению транспортных машин непрерывного

действия.

3. Оценка эффективности использования транспортных машин.

Силы сопротивления движению W, H, как правило, представляют со-

бой неуправляемые внешние силы, различные для каждого из видов транс-

портных машин, но всегда зависящие от характера трассы (величины уклона,

наличия криволинейных участков и т.д.), степени загрузки транспортной ма-

шины и некоторых других факторов.

У транспортных машин цикличного действия различают основное со-

противление движению W

и дополнительные сопротивления: от уклона W

на криволинейном участке W

, от воздушной среды W

возд

и т.д. Причем пол-

ное сопротивление

W = W

± W

+ W

возд

При движении транспортной машины весом Р, кН, по наклонному пути

(рис. 4.1) нормальная составляющая веса Pcosβ вызывает силу сопротивления

движению:

= W

P cosβ w

= 1000M

g cosβ w

, (4.1)

где w

– коэффициент сопротивления движению; g – ускорение свободного

падения, м/с

; β – угол наклона траccы.

Эта сила сопротивления присутствует всегда, когда есть движение, по-

этому ее называют силой основного сопротивления. Основное сопротивле-

ние включает в себя силы трения в подшипниках, шарнирах и других тру-

щихся деталях, сопротивления от деформации элементов пути, трения каче-

ния колес по внешней опоре при движении и т.д. Направлено основное со-

противление всегда в сторону, противоположную движению транспортной

машины.

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Лекция 4. Методы определения сопротивлений движению транспортных машин



Транспортные машины. Конспект лекций -16-

Рис. 4.1

В выражении (4.1) величину 1000w

принято называть основным

удельным сопротивлением движению, Н/кН, т.е. оно представляет собой

отношение основного сопротивления, измеряемого в Н, к весу машины в

кН. Максимальный угол подъема трассы транспортных машин цикличного

действия не превышает 3–8° (в зависимости от типа машины), поэтому в вы-

ражении (4.1) считают cosβ ≈ 1.

Тогда

= Pw

= M

. (4.2)

Основное удельное сопротивление w

зависит от многих факторов и

рассчитать его аналитически часто не представляется возможным, поэтому

пользуются значениями, подученными экспериментально.

Продольная составляющая веса Psinβ (или M

gsinβ) появляется только

при наличии уклона трассы, т.е. при β ≠ 0. Поэтому силу

= 1000Psinβ = 1000 M

gsinβ (4.3)

называют дополнительной силой сопротивления от уклона и измеряют в

Н. При движении вверх эта сила будет имеет знак «+» и препятствовать дви-

жению, а при движении вниз – знак «–» и способствовать движению.

Так как для небольших углов наклона трассы sinβ ≈ tgβ, то 1000 sinβ – это

величина уклона трассы в тысячных долях, ‰:

= P

= M

, (4.4)

где i – величина уклона в тысячных, ‰.

По аналогии с основным сопротивлением

= Pw

= M

, (4.5)

где w

– удельное дополнительное сопротивление от уклона, Н/кН, равного

величине уклона трассы, выраженной в тысячных единицах, ‰.

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Лекция 4. Методы определения сопротивлений движению транспортных машин



Транспортные машины. Конспект лекций -17-

К дополнительным сопротивлениям относятся также сопротивления

на криволинейных участках трассы (радиуса R, м):

= Pw

= M

, (4.6)

где w

– удельное сопротивление на криволинейном участке, Н/кН.

Дополнительное удельное сопротивление на криволинейном участке

зависит от радиуса криволинейного участка, w

= f(R), и определяется экспе-

риментально.

Дополнительное сопротивление движению от воздушной среды за-

висит не от массы машины, а от скорости ее движения, скорости и на-

правления ветра, лобового сопротивления машины (произведения высоты на

ширину) и коэффициента обтекаемости машины. При незначительных скоро-

стях движения машины его редко принимают в расчет.

Рассмотренные сопротивления не зависят от режима движения транс-

портной машины (ускорения или замедления), поэтому их принято называть

статическими сопротивлениями.

На транспортных установках непрерывного действия также можно вы-

делить основное и дополнительные сопротивления, но форма записи уравне-

ний (4.1) и (4.2) имеет в этом случае некоторые особенности.

Во-первых, вместо сосредоточенных масс в транспортных машинах

цикличного действия имеем неподвижную (став) и движущуюся массы, рас-

пределенные по длине L, м, транспортной установки непрерывного действия.

Обозначив вес одного метра движущихся частей установки q, Н/м, получаем,

что для грузовой ветви эта величина включает вес груза, отнесенный к метру

длины установки q

гр

, Н/кН, и вес движущихся частей q

д.ч

, Н/м, а для порож-

няковой – только вес движущихся частей установки.

Во-вторых, угол наклона установок непрерывного действия может

быть достаточно велик, а значит, величину cosβ нельзя приравнивать к еди-

нице.

В-третьих, коэффициент сопротивления неудобно заменять удельным

значением.

Таким образом, получаем:

= qL cosβ w

(4.7)

= qL sinβ, (4.8)

или

W = qL(cosβ w

± sinβ).

Так как эти сопротивления распределены по всей длине установки (на

грузовой и порожняковой ветвях), то их принято называть распределен-

ными сопротивлениями.

Кроме распределенных сопротивлений на установках непрерывного

действия имеются сосредоточенные сопротивления, сконцентрированные

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Лекция 4. Методы определения сопротивлений движению транспортных машин



Транспортные машины. Конспект лекций -18-

на незначительных (сравнительно с длиной всей установки) по длине участ-

ках (например, сопротивления на отклоняющем или натяжном барабанах, на

погрузочном пункте и др.). Величина сосредоточенных сопротивлений неве-

лика и составляет около 10–15 % от величины распределенных сопротивле-

ний.

Особое место среди сил сопротивлений занимает сила торможения В,

Н, – искусственно создаваемая регулируемая внешняя сила, направленная в

сторону, противоположную движению.

Наиболее общим является

создание тормозной силы за счет

прижатия тормозных колодок к

движущимся колесам или к валам

приводных барабанов.

В результате прижатия тор-

мозной колодки к колесу с силой К,

кН, возникает сила трения Кφ

(где

– коэффициент трения между ко-

лодкой и колесом, рис. 4.2).

Сила Кφ

вызывая реакцию

буксы колеса В (равную Кφ

), об-

разует с ней внутреннюю пару сил

Кφ

–В. Заменяем эту пару сил

эквивалентной парой сил В

–В

. Си-

ла S

при сцеплении колеса с опорой

Рис. 4.2. Схема к определению

силы торможения

вызывает реакцию опоры В

, равную по величине силе В

, но направ-

ленную в противоположную сторону. При наличии этого равенства сила В

реализуется как тормозная сила, т.е. В

= 1000 Кφ

Таким образом, при торможении происходит процесс, аналогичный

созданию силы тяги. Причем величина тормозной силы так же, как и силы

тяги, ограничена силой сцепления колеса с опорой:

Кφ

= P

, (4.9)

где ф

– коэффициент сцепления при торможении; величина ф

, реализуемая

при торможении, несколько меньше, чем при тяге (ф

= (0,7-0,8)ф).

При несоблюдении приведенного условия происходит заклинивание

колеса (движение «юзом»).

Процесс торможения транспортных машин непрерывного действия не-

сколько сложнее, чем цикличного. Например, в конвейерах при торможении

барабана отдаленные от привода (а значит, от места торможения) участки

ленты в начальный период двигаются с большей скоростью, чем располо-

женные у привода (набегают на них): появляется возможность потери устой-

чивости. Но и в таких машинах имеет место ограничение по сцеплению лен-

ты с барабаном, т.е. удержание ее от скольжения при торможении.

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Лекция 4. Методы определения сопротивлений движению транспортных машин



Транспортные машины. Конспект лекций -19-

Рис. 4.3. Выбор рационального варианта по графическим зависимостям

Оценка эффективности применяемых и создаваемых средств транс-

порта базируется на технико-экономической оценке (анализе) использования

горнотранспортного оборудования в зависимости от условий эксплуатации

(рис. 4.3, рис. 4.4).

Оптимальным называется тот вариант, который выбран по какому-то

одному критерию.

Рациональным называется тот вариант, который выбран по комплексу

критериев.

Рис. 4.4. Выбор рационального варианта по табличным данным

Оптимальный – 1

Оптимальный – 3

Рациональный – 3

З, руб/т

Q, т/ч

Е,

л/т·км

ТЕМА 1. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Лекция 4. Методы определения сопротивлений движению транспортных машин



Транспортные машины. Конспект лекций -20-

Если по какому-либо одному критерию варианты являются равноцен-

ными, то для выбора оптимального варианта необходимо пользоваться до-

полнительными критериями, расположенными в порядке приоритета, напри-

мер: удельными приведенными затратами на транспортирование 1 т горной

массы; производительностью машины; себестоимостью транспортирования;

расходами топлива или электроэнергии; показателями надежности

Контрольные вопросы

1. Какие силы сопротивления действуют на транспортную машину

цикличного действия при ее движении?

2. Какие силы сопротивления действуют на транспортную машину не-

прерывного действия при ее движении?

3. Что такое «оптимальный вариант»?

4. Что такое «рациональный вариант»?