Ведерников Н.И. Горные машины и комплексы для добычи и обогащения полезных ископаемых

Подождите немного. Документ загружается.

забойным конвейером. По этой схеме работают широкозахватные

комбайны типа «Донбасс» ( см. рис. 1.5, б);

б) комбайны с фланговым расположением исполнительного

органа, перемещающиеся вдоль забоя по раме конвейера. По такой

схеме работают узкозахватные комбайны со шнековым

исполнительным органом типа 1К101 ( см. рис. 1.5, е);

в) комбайны с фланговым расположением исполнительного

органа, перемещающиеся вдоль забоя по полке конвейера,

расположенной со стороны выработанного пространства, или по

специальному желобу, примыкающему к конвейеру со стороны завала.

По такой схеме работают комбайны типа МК 67 (см. рис. 1.5, г);

г) комбайны с лобовым расположением исполнительного

органа, перемещающиеся вдоль забоя по почве пласта рядом с рамой

конвейера или по почве пласта с частичным размещением корпуса

комбайна над конвейером. Направление движения вдоль забоя

определяется рамой забойного конвейера, а устойчивость комбайна –

обратными захватами, расположенными с завальной стороны става

конвейера. По такой схеме работает комбайн К103.

На крутых пластах работают комбайны с лобовым

расположением исполнительного органа и размещением корпуса

комбайна в уступе забоя (см. рис. 1.5, ж). Рабочий ход комбайна

осуществляется, как правило, при движении снизу вверх. По такой

схеме работают комбайны с барабанным исполнительным органом с

горизонтальной осью вращения типа «Темп-1».

Современные узкозахватные комбайны выпускаются для

работы по челноковой схеме с возможностью самозарубки по концам

лавы. На некоторых шахтах по разным причинам челноковые

комбайны работают по односторонней схеме. В таких случаях

рабочий ход комбайна осуществляется без погрузочного устройства и

на повышенных скоростях подачи. За комбайном на почве остается до

40 – 50 % отбитого угля. Окончательная зачистка почвы

осуществляется при движении комбайна в противоположную сторону

на максимально возможной скорости подачи. После зачистки почвы

производится передвижка забойного конвейера на новую дорогу.

1.3 Исполнительные органы

Исполнительным органом современного очистного комбайна

условимся называть устройство, с помощью которого выполняются

операции по отделению горной массы от массива, ее дроблению и

погрузке на транспортные средства.

Существуют два типа исполнительных органов – сплошного и

щелевого резания. Исполнительные органы сплошного резания, в

свою очередь, делятся по способу разрушения на две группы:

исполнительные органы разрушающие пласт по напластованию и

перпендикулярно напластованию. К первой группе относятся

барабаны с вертикальной осью вращения, ко второй – шнеки и

барабаны с горизонтальной осью вращения.

К исполнительным органам щелевого типа относятся буровые

коронки, диски и бары.

Исполнительные органы по способу погрузки горной массы

также делятся на две группы. К первой относятся исполнительные

органы, одновременно выполняющие две операции – резание и

погрузку (шнеки, буровые коронки). Ко второй группе относятся

исполнительные органы, осуществляющие только отделение горной

массы от массива (барабаны, диски, штанги), а ее погрузка

производится с помощью других механизмов или приспособлений.

а – е – на пластах пологого падения; ж – на крутых пластах; 1 -

врубовая машина с плоским баром; 2 – скребковый конвейер; 3-

металлическая стойка; 4 – верхняк шарнирный; 5 – широкозахватный

комбайн с кольцевым баровым исполнительным органом; 6 - комбайн

с горизонтальным барабанным исполнительным органом; 7 -

комбайн с вертикальным барабанным исполнительным органом; 8 -

комбайн с буровым исполнительным органом; 9 - комбайн со

шнековым исполнительным органом; 10 - комбайн с барабанным

исполнительным органом; 11 – тяговая лебедка

Рисунок 1.5 – Технологические схемы работы очистных комбайнов

К современным исполнительным органам очистных комбайнов

предъявляются следующие основные требования: обеспечение

наиболее полной выемки и погрузки полезного ископаемого при

изменяющейся мощности пласта по падению и простиранию; малое

пылеобразование; хорошая сортность добываемого угля; низкие

энергозатраты на резание и погрузку; простота и надежность

конструкции, позволяющая применять однотипный режущий

инструмент на всем исполнительном органе.

Исполнительные органы современных очистных комбайнов

могут включать в себя барабаны, шнеки, буровые коронки, подрезные

бары, диски и др.

Баровые исполнительные органы по классификации относятся к

исполнительным органам щелевого типа (см. рис.1.5, а). Они могут

быть плоскими, изогнутыми и кольцевыми(см. рис.1.5,б). Плоские

бары применяются в качестве исполнительного орана на врубовых

машинах и в качестве вспомогательного при комбинированных

исполнительных органах. Изогнутые бары применяются на

врубонавалочных машинах, а кольцевые – на широкозахватных

комбайнах типа «Донбасс».

Барабанный исполнительный орган с горизонтальной осью

вращения представляет собой цилиндр, на внешней поверхности

которого в определенной последовательности укреплены кулаки с

резцами (см. рис. 1.5.в). Каждый резец за время контакта с забоем

срезает серповидную стружку. Исполнительный орган легко

регулируется по мощности пласта, прост по конструкции, имеет

несложный и надежный привод. К недостаткам его следует отнести

значительное измельчение полезного ископаемого и необходимость

установки рядом с ним большого погрузочного устройства,

переустанавливаемого вручную при изменении направления движения

комбайна и препятствующего фронтальной самозарубке в пласт по

концам лавы.

Барабанный исполнительный орган с вертикальной осью

вращения собирается из двух половин: нижней неподвижной и

верхней подвижной (см. рис. 1.5.г), которая перемещается

относительно нижней с помощью гидроцилиндра. Вращение барабана

может осуществляться от приводной звездочки редуктора режущей

части через врубовую цепь (если барабан является единственным

исполнительным органом на комбайне) или непосредственно от

выходного вала редуктора режущей части (если барабан выполняет

роль верхнего отбойного устройства).

Вертикальные исполнительные органы в большинстве случаев

реверсивные. Это делается для того, чтобы резание и погрузка горной

массы при изменении направления движения комбайна всегда

осуществлялись в сторону обнаженной поверхности забоя - на отрыв.

К недостаткам барабанного исполнительного органа с

вертикальной осью вращения относятся сложность и высокая

стоимость изготовления, невозможность изменения величины захвата

без существенного изменения конструкции всей режущей части

комбайна.

Буровые коронки относятся к исполнительным органам

щелевого резания (см. рис. 1.5, д). С их помощью полезное ископаемое

можно добывать с меньшими энергозатратами и хорошей сортности.

Исполнительные органы этого типа позволяют производить выемку

более крепких пластов полезного ископаемого ( А≤ 400кН/м).

К недостаткам буровых коронок относятся плохая

управляемость относительно почвы пласта и необходимость установки

на комбайне других исполнительных органов для придания забою

прямоугольной формы и регулирования исполнительного органа по

мощности пласта.

Шнековый исполнительный орган (см. рис. 1.5, е) по условиям

приспосабливаемости к вынимаемой мощности пласта и отделению

полезного ископаемого от основного массива мало отличается от

горизонтального барабана. Удаление горной массы из зоны

разрушения и ее погрузка на забойный конвейер при работе шнека

осуществляется интенсивнее и по более короткому пути. При

правильно выбранных конструктивных и режимных параметрах

собственно шнеком можно погрузить до 60 -70 % отбиваемой горной

массы, остальные 40 - 30 % могут быть погружены специальным

погрузочным устройством. Полнота погрузки зависит от шага и формы

образующей винтовых поверхностей, их высоты и, частоты вращения,

коэффициента трения горной массы о погрузочные поверхности шнека

и размеров разгрузочного окна. Существенным преимуществом

шнекового исполнительного органа является возможность его

перемещения как вдоль лавы, так и в поперечном направлении, что

позволяет комбайну легко зарубаться в пласт по концам лавы без

существенной потери времени на маневровые операции.

1.4 Расчет нагрузок

Для практический расчетов важно знать средние силы резания

не только на остром, но и на затупленном резце. При определении

средней силы резания острым резцом за базу принимается удельная

энергия резания эталонным резцом в эталонном режиме резания,

найденная с помощью прибора ДКС - 2.

В соответствии с ОСТ 12.47.001 - 73 "Комбайны очистные.

Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных

органах. Методика" сила резания Z

(кН) на остром резце определяется

по формуле

( )

⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅ϕ⋅+

cos

ККККKth

Ktghb

003,0b35,0

отсфузcpcp

cpp

где

- средняя сопротивляемость пласта резанию в неотжатой

зоне, кН/м;

- расчетная ширина рабочей кромки резца, м;

ср

- средняя толщина (глубина) и ширина (шаг резания) стружки при

установившемся режиме резания, м;

ϕ - угол бокового развала борозды реза, градус;

- коэффициент, учитывающий хрупкопластические свойства угля;

- коэффициент обнажения забоя;

- коэффициент влияния угла резания δ на удельную энергию

резания;

- коэффициент влияния формы передней грани резца;

- коэффициент, учитывающий влияние схемы резания;

от

- коэффициент, учитывающий влияние отжима угля в зоне работы

исполнительного органа;

β - угол установки резца относительно направления перемещения

исполнительного органа, градус. Значения перечисленных

коэффициентов принимаются по ОСТ12.47.001 - 73.

Для определения средней силы резания Z

ср

(кН) на

затупленном резце необходимо учесть дополнительные потери,

связанные с трением изношенной поверхности режущей части резца о

разрушаемый материал:

(

)

,YY'fZZ

0cp0cp

−+=

где f

′ - коэффициент сопротивления резанию, выражается

отношением суммы сил трения на всех площадках затупленного резца

к силе подачи, принимается равным 0,38 -0,42 ( большие значения

коэффициента принимаются для больших толщин стружки);

-Y

) - приращение силы подачи при затупленном резце, кН.

Средняя сила подачи на затупленном резце составляет

,КSYY

обзcж0cp

⋅⋅σ+=

где

0п0

ZKY ⋅=

- среднее усилие подачи на остром резце, кН

(коэффициент К

характеризует отношение силы подачи к силе

резания на остром резце, принимается равным для весьма хрупких

углей 0,5; хрупких 0,6, вязких 0,7);

сж

- временное сопротивление угля одноосному сжатию, Мпа; S

проекция площадки затупления на плоскость резания, м

;

об

- коэффициент объемности напряженного состояния массива,

согласно экспериментальным данным К

об

= 0,8÷1,5.

Расчет сил резания, действующих на резцы стругов,

производится по РТМ 3.64.001 -77 " Машины очистные. Струговые

установки. Расчет сил на резцах струга. Методика".

1.5 Погрузочные органы

Для обеспечения нормальной работы выемочной машины

необходимо своевременно удалять разрушенный уголь из зоны работы

исполнительного органа и грузить его на забойный конвейер. При

работе выемочных машин на пологих и наклонных (до 35°) пластах

это осуществляется посредством погрузочных органов или

погрузочных устройств, в зависимости главным образом от типа

исполнительного органа. У большинства современных узкозахватных

комбайнов, функции разрушения массива угля и погрузки

разрушенной горной массы на забойный конвейер совмещены и

выполняются непосредственно исполнительным органом (шнеки,

лопасти буровых коронок, барабаны на вертикальной оси вращения,

лемехи и др.). Это на много упрощает конструкцию машин. При

работе выемочных машин на пластах с углом падения свыше35°

выгрузка разрушенного угля из зоны работы исполнительного органа

осуществляется самотеком под действием составляющей силы

тяжести.

Погрузочные органы и устройства независимо от типа

исполнительного органа должны удовлетворять следующим

требованиям:

а) обеспечивать максимально возможную производительность

выемочной машины;

б) эффективно совмещать в исполнительном органе функции

разрушения и погрузки угля с применением (при необходимости)

простейших по конструкции погрузочных устройств (щитки, лемехи)

с механизированной перестановкой их из рабочего в холостое

положение и наоборот;

в) создавать минимальное обнаженное пространство в зоне

работы выемочной машины;

г) обеспечивать возможность самозарубки комбайна в массив

угля;

д) обладать компактностью, простотой, надежностью и

долговечностью конструкции;

е) отвечать требованиям эксплуатации в тяжелых горно -

геологических условиях шахт.

Погрузочные органы и устройства, применяемые в

узкозахватных комбайнах и комплексах, могут быть

классифицированы по следующим признакам:

а) по воздействию на разрушенную горную массу - статического

действия, не имеющие специального привода, активного действия,

имеющие специальный привод и устройство для перемещения и

погрузки разрушенной горной массы на забойный конвейер;

б) по конструктивному выполнению - статические - подпорные

щитки, отвальные прицепные лемехи, лемехи на забойных конвейерах,

и активные - скребковые, шнековые, лопастные и др.;

в) по расположению погрузочного органа относительно корпуса

комбайна - встроенные и вынесенные (автономные).

Схемы основных погрузочных органов и устройств очистных

комбайнов показаны на рис. 1.6.

В вынесенном (автономном) варианте (рис. 1.6, а) скребковый

грузчик выполнен отдельно и присоединяется к комбайну ("Кировец",

"Донбасс - 1") посредством канатного прицепного устройства,

располагаясь при работе параллельно исполнительному органу -

кольцевому бару (рис. 1.6, б). Грузчик представляет собой отдельный