Обоснование выбора и расчет параметров добычного оборудования участка калийной шахты

Министерство образования и  науки РФ

Пермский Научный Исследовательский  Политехнический Университет

Кафедра ГНМ

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

«Обоснование выбора и  расчет параметров добычного оборудования участка калийной шахты»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент гр. ГМ-09:

Стяжкин П.

Проверил: доцент

Чекмасов Н.В.

 

 

 

 

Пермь

2012

Анализ горно-геологических  факторов

 

Комбайн «Урал-20Р» является модернизацией  комбайна «Урал-20А» и предназначен для применения в рудных месторождениях калийных руд на очистных работах  в камерах и проходки выработок  по пластам мощности 3.1;;3.7 метра при  углах падения до ±12°. Электрооборудование комбайна рассчитано для работ в подземных условиях с газовой средой категории 1-1Т взрывобезопасности.

При эксплуатации комбайна в условиях метано-водородопроявления должны соблюдаться «специальные требования по безопасному ведению горных работ на верхнекамском калийном месторождении в условиях газового режима».

 

Введение.

 

Силовые и энергетические показатели процессов отбойки руды проходческо-очистными комбайнами зависят от параметров резания исполнительных органов, резцов и механических свойств разрушаемого массива.

Для расчета силовых параметров процесса разрушения массива может  быть использована альтернативная методика, учитывающая свойства калийных руд. Эта методика имеет ограниченную область применения (по шагу и глубине  реза) и не учитывает конструктивных особенностей поворотных тангенциальных резцов.

На основании специальных исследований, выполненных специалистами институтов ВНИИГ и Гипроуглемаш, разработана отраслевая методика по выбору и расчету параметров разрушения калийных руд проходческо-очистными комбайнами.

Для повышения эффективности горного  производства и снижения себестоимости  продукции, необходимо постоянно совершенствовать оборудование проходческо-очистных комбайновых комплексов.

 

Исходные данные для  курсового проектирования

Высота  массива, разрушаемая исполнительным органом:

Н = 2,2 м;

Сопротивляемость  резанию калийной руды:

А_р = 3900 Н/см;

Угол  падения

α = 10°;

Удельный  расход резцов:

q = 6 шт/1000т;

Плотность руды:

γ = 2,08 т/м³;

Производительность  комбайна:

Q = 5 т/мин;

Количество  резцов на диске:

Z_р = 13 шт/диск;

Площадь контакта:

S = 15,75 м².

 

1. Расчет основных параметров рабочих органов комбайнов

1.1 Расчет параметров разрушения забоя для планетарно- дискового исполнительного органа

Сила  резания на поворотном затупленном  резце

P_z = A_p∙h_cp∙k_t/h∙k_В∙k_α ∙k_ф∙k_ψ ∙k_вр Н, где

h_cp – средняя толщина реза, см;

k_t/h – коэффициент степени блокированности реза;

k_В – коэффициент ширины режущей кромки;

k_α – коэффициент угла резания;

k_вр – коэффициент вращения резца;

k_ф – коэффициент формы передней грани резца;

k_ψ – коэффициент ориентации резца.

Скорость подачи комбайна

 

 

 

 

Максимальное  значение толщины стружки, см

 

где Z_д – число дисков на исполнительном органе;

n_В – частота переносного движения исполнительного органа, об/мин.

Средняя толщина реза, см

 

 

Шаг резания, см

 

 

 

где В_р – расчетная ширина режущей кромки, см

 

где α_р=80 – угол резания, град

 

k_ф = 0,7

k_ψ = 1+0.006∙F = 1+0.006∙35,15 = 1,21

где F – расчетная площадь контакта рабочей части резца с боковой поверхностью угла развала определяется из выражения для неповоротных резцов с выпуклой боковой гранью

 

 

где =8 –диаметр керна, мм

ψ – угол разворота резца относительно направления  движения, средний, град

ψ = φ_уст – ψ_к = 20 – 16.18=3,82°

где φ_уст=20^° – угол разворота резца относительно плоскости диска, град;

       ψ_к – угол разворота резца относительно направления движений, средний, кинематический, град

 
где-угол поворота водила, град 

P_Z = 4600∙1,61∙0,78∙0,63∙1,27∙0,7∙1,21∙1,16=4541,13 Н

Расчет энергетических показателей планетарно- дискового исполнительного органа

Мощность, расходуемая на резание исполнительным органом:

 

 

 

где  n=40,7- частота вращения дисков, об/мин.

Вывод: При данных горно-геологических условиях, расчетная мощность превышает номинальную, равную 160 кВт. Для уменьшения нагрузки на двигатель уменьшаем производительность комбайна и принимает её равную 6 т/мин.

При Q = 6 т/мин пересчитываем, зависящие от производительности параметры:

=0,182 м/мин

=2,17 см

=1,28 см

=0,84

_{=4191,8 Н}

=154,8 кВт

 

 

 

Удельный  расход энергии:

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Расчет параметров разрушения забоя для бермового исполнительного органа

 

1.2.1 Расчет параметров разрушения забоя для шнекового исполнительного органа

Сила  резания на неповоротном затупленном  резце

P_z = A_p∙h_cp∙k_t/h∙k_В∙k_α∙k_зат∙k_ф∙k_ψ  Н, где

h_cp – средняя толщина реза, см;

k_t/h – коэффициент степени блокированности реза;

k_В – коэффициент ширины режущей кромки;

k_α – коэффициент угла резания;

k_зат – коэффициент затупления резца;

k_ф – коэффициент формы передней грани резца;

k_ψ – коэффициент ориентации резца.

 

 

где V_p – скорость резания, м/с

 

 

где Н₁ – высота массива, разрушаемая исполнительным органом

Рис. 1 Схема расположения исполнительных органов.

 

 

где L_ш=1,97 – длина шнека, м;

 
;

;

;

где  S=2 мм²- площадь затупления задней грани неповоротного резца;

k_ф = 0,7

k_ψ = 1+0.006∙F = 1+0.006∙7.13 = 1.04

 

 

 

Расчет энергетических показателей шнекового исполнительного органа

 

 

 

 

1.2.2 Расчет параметров разрушения забоя для фрезы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k_ф = 0,7

k_ψ = 1+0.006∙F = 1+0.006∙7.13 = 1.04

 

 

Расчет энергетических показателей фрезы

 

 

 

Расчет энергетических показателей бермового исполнительного органа

N=N_ш+N_ф=31,61+12,98= 44,6 кВт

Вывод: При данных горно-геологических условиях, расчетная мощность не превышает номинальную, равную 75 кВт.

 

Удельный  расход энергии:

 

Вывод: Удельный расход энергии в 2 раза превышает расход энергии на планетарно- дисковом исполнительном органе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Расчет параметров разрушения забоя для верхнего отбойного устройства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k_ф = 0,7

k_ψ = 1+0.006∙F = 1+0.006∙7.13 = 1.04

 

 

Расчет энергетических показателей фрезы

 

 

 

Вывод: При данных горно-геологических условиях, расчетная мощность не превышает номинальную, равную 45 кВт.

 

Удельный  расход энергии:

 

Вывод: Удельный расход энергии в 3 раза превышает расход энергии на планетарно- дисковом исполнительном органе.

2. Расчет сил реакции  забоя на исполнительные органы, тяговой способности, напорного  усилия и мощности гусеничного органа перемещения

2.1. Определение сил реакции забоя на исполнительный орган

Максимальные  силы резания и подачи :

на неповоротном затупленном резце

P_Zm = A_p∙h_m∙k_t/h∙k_В∙k_α∙k_зат∙k_ф∙k_ψ, H;

P_Ym = 0.8P_Zm, Н;

на поворотном затупленном резце

P_Zm = A_p∙h_m∙k_t/h∙k_В∙k_α∙k_ВР∙k_ф∙k_ψ, H;

P_Ym = 0.8P_Zm, Н.

 

Средние силы резания и подачи резца на забой

 

 

 

Полная  реакция забоя на исполнительные органы в направлении подачи и  перпендикулярном направлении

 

 

Для планетарно- дискового исполнительного органа

P_Zm =4600∙2,54∙0,78∙0,63∙1,27∙0,7∙1,21∙1,16=7164,3 Н;

P_Ym = 0.8∙7164,9 = 5731,41 H;

При α_к = π

 

 

 

 

 

 

 

Для шнека

 

P_Ym = 0.8∙ = 1357,8 H;

 

 

 

 

 

 

Для фрезы

 

P_Ym = 0.8∙2904,29 = 2323,43 H;

 

 

 

 

 

 

Для отбойного устройства

 

P_Ym = 0.8∙ = 1750,2 H;

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Расчет тяговой способности,  напорного усилия и мощности гусеничного органа перемещения

Условие движения комбайна без проскальзывания  гусениц

 

 

Силы  прижатия гусениц к почве выработки

 

 

 

Силы  тяги гусениц

 

 

 

G_бп – вес бункера-перегружателя, Н; G_бп=15т=147кН;

Q_бп – грузоподъемность бункера-перегружателя, Н; Q_бп=25т=245кН;

ω_п – коэффициент сопротивления перемещению бункера-перегружателя; ω_п=0.05;

;

Коэффициент сцепления

 

где Т_ш – толщина штыбовой подушки, см;  Т_ш=3см;

 

Условие движения комбайна без проскальзывания  гусениц

.

 

Вывод: Условие движения без проскальзывания выполняется.

 

 

 

 

 

Мощность, необходимая для перемещения  комбайна

 

 

где η_пм – КПД механизма перемещения (для гусеничных органов перемещения с гидравлическим приводом  η_пм=0.3-0.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет производительности  комбайна

Теоретическая производительность комбайна

 

Техническая производительность комбайна

,

где К_т – коэффициент, учитывающий потери времени на выполнение вспомогательных операций

 

где Т_к – время производительной работы комбайна, мин;

Т_Уо – потери времени на выявление и устранение неисправностей, мин;

Т_Зи – потери времени на замену резцов, мин;

Т_м – время выполнения маневровых операций (отгона комбайна от забоя для замены резцов, перегон комбайна), мин;

Т_Ко – время концевых операций (10-30 мин).

 

где L_к – длина камеры, м;

 

где К_р – коэффициент готовности (0.6-0.8);

;

где n_резц – количество резцов, вышедших из строя при проведении камеры;

t – время для замены одного резца (2-3 мин);

 

где q – удельный расход резцов, шт/т;

 

где V_м – маневровая скорость комбайна (2 м/мин);

L – расстояние отгона комбайна для замены резцов (5 м);

а – количество отгонов комбайна из забоя для  замены резцов (1);

 

.

 

Техника безопасности при эксплуатации участкового оборудования

Включение двигателей комбайна разрешается только машинисту комбайна.

Перед включением комбайна в работу машинист должен убедиться в отсутствии посторонних  лиц вблизи комбайна и громким  голосом предупредить: «Берегись-включаю!»

Во время  работы комбайна нахождение людей между  забоем и пультом управления, между  комбайном и бункером-прегружателем, а также в непосредственной близости от бункера-перегружателя запрещается.

Управление  комбайном во время работы должно производиться с пульта управления из кабины машиниста.

При отгоне комбайна машинист также должен находиться в кабине пульта управления.

Движение  комбайна в наклонных выработках с углов 6° и более разрешается только на рабочей скорости.

Машинист, отходя от пульта управления по окончании  работы, обязан снять напряжение с  комбайна, выключив блокировочный выключатель, и убедиться в том, что комбайн  с пульта не запускается.

Для предупреждения несчастных случаев во время работы запрещается:

1. работать при отсутствии ограждения телескопического вала, привода конвейера и муфт двигателей исполнительного органа;
2. находиться посторонним лицам в проходимой выработке;
3. работать при нарушении исправности электрооборудования: его элементов, соединений и устройств взрывобезопасности;
4. работать на неисправном комбайне;
5. находиться под конвейером в месте разгрузки;
6. работать на комбайне при неработающих средствах пылезащиты и освещения;
7. проводить всевозможные ремонты и осмотры сборочных единиц во время работы комбайна;
8. производить добавление, замену или проверку количества масла в редукторах и гидроприводах комбайна во время его работы;
9. останавливать конвейер, загруженный горной массой;
10. изменять схему управления комбайна;

Машинист  комбайна обязан:

1. при появлении недопустимых шумов и чрезмерного нагрева редукторов, двигателей и других сборочных единиц остановить комбайн для выявления и устранения причин ненормальной работы;
2. следить за питающими кабелями и состоянием электрического, гидравлического оборудования и нормальной работой звуковой предупредительной сигнализации;
3. избегать частых пусков электродвигателей, особенно под нагрузкой;
4. следить за состоянием резцов;
5. не допускать ослабления крепёжных болтовых соединений;
6. следить за тем, чтобы при манёврах кабель не попадал под гусеницы;
7. следить за запасом питающих кабелей для продвижения комбайна.
8. перед выполнением манёвров и переездов комбайна, при поворотах конвейера и включении приводов убедиться в отсутствии людей вблизи комбайна и дать предупредительный звуковой сигнал.

Запрещается опускание отбойного  устройства ниже 2200 мм при работе комбайна.

Монтаж участкового  оборудования

На месте  сборки комбайна необходимо подготовить  монтажную камеру, которая должна иметь размеры не менее:

По ширине – 10 м; по высоте – 5 м; по длине – 20 м.

Кровля  камеры должна быть закреплена в соответствии с утвержденным паспортом.

К месту  монтажа оборудования подводят электрическую  энергию напряжением 660 В, устанавливают при необходимости вентилятор местного проветривания. Участок монтажа оборудуют стеллажами для инструментов, мелких узлов, деталей приспособлений, сборочных и смазочных материалов.

Монтаж  комбайна производится лебедками с  тяговыми усилиями не менее 10 тонн через  блоки, подвешенные к кровле выработки. На месте сборки должен находиться необходимый слесарный инструмент, ветошь, ванна с соляровым маслом.

Камера  должна быть хороша освещена и оборудована противопожарными средствами.

На месте  монтажа комбайна должен быть обеспечен  безопасный проход персонала, производящего  монтаж.

Перед началом  монтажа необходимо проверить исправность  подъемных средств, безопасность ведения  работ и правильность расстановки  людей.

Рекомендуется следующая последовательность монтажа  комбайна:

1. Установить на почву в развернутом виде гусеничные цепи.
2. Установить на одну из гусеничных цепей тележку и соединить её посредством цапф с рамой гусеничного хода, предварительно установленной между гусеничными цепями.
3. Соединить с рамой гусеничного хода и установить на цепь вторую гусеничную тележку.
4. Установить на раме гусеничного хода кронштейн, соединяющий приводы гусеничного хода. Установить приводы гусеничного хода.
5. Соединить гусеничные цепи.
6. Установить буфер.
7. Смонтировать гидроцилиндры подъема исполнительных органов на раме гусеничного хода.
8. Установить заднюю и переднюю рамы грузчика на раму гусеничного хода.
9. Смонтировать опоры (полубаки) на передней раме.
10. Произвести соединение опор с гидроцилиндрами подъема исполнительных органов.
11. Смонтировать хвостовую часть конвейера.
12. Соединить хвостовую часть конвейера с задней рамой грузчика при помощи гидроцилиндра подъема.
13. Смонтировать скребковую цепь конвейера.
14. Установить шнеки и редукторы бермового органа.
15. Установить нижние секции щита ограждения.
16. Смонтировать редукторы исполнительного органа.
17. Смонтировать редуктор переносного вращения.
18. Смонтировать редукторы раздаточные с рукоятями, с резцовыми дисками.
19. Установить верхние секции щита заграждения.
20. Смонтировать отбойное устройство. Соединить корпус редуктора и кронштейн осями с гидроцилиндрами, поднимающими и опускающими его, вторые концы которых соединены с проушинами на корпусах исполнительного органа.
21. Смонтировать насосную станцию.
22. Смонтировать бурильную установку.
23. Установить гидроцилиндры  боковых лыж.
24. Смонтировать систему пылеотсоса.
25. Установить гидробак и произвести сборку гидросистемы в целом.
26. Выполнить монтаж электрооборудования в следующей последовательности: агрегат А21 (АПШ), светильники Е1-Е4 (СЭВ.1М), коробка для прокладки кабелей, станция управления. Укладку кабелей следуют проводить по желобам и скобам в такой очерёдности, чтобы предотвратить их перекрещивание. Все кабели должны быть закреплены в местах, предусмотренных конструкцией комбайна, а в местах поворота стрелы конвейера должны быть оставлены свободные петли.
27. Соединение кабелей выполнить в соответствии со схемой, строго соблюдая маркировку жил кабелей зажимов аппаратов.
28. Уплотнения кабелей и их крепление в кабельных вводах камер двигателей и аппаратов должно быть выполнено в соответствии с правилами устройства электроустановок. Неиспользованные кабельные вводы закрыть заглушками.
29. В кабине установить гидравлические пульты управления.

 

После монтажа проверить:

• Крепление всех аппаратов и станций.
• Затяжку всех крепежных элементов токоведущих силовых цепей, цепей управления и цепей заземления.
• Ход подвижных цепей контактов, реле, кнопок и переключателей (он должен быть свободным).
• Наличие зазора и провалов на контактах контакторов и реле.
• Сопротивление изоляции электрических цепей.
• Затяжку болтов крепления кабелей на кабельных вводах.
• Затяжку болтов крепления кабельных вводов.
• Затяжку болтов на всех крышках взрывонепроницаемых оболочек электрооборудования.
• Наличие средств защиты от самоотвинчивания на всех болтах оболочек.
• Функционирование блокировочных устройств станции управления и щита ограждения.
• Величину зазоров между взрывозащитными поверхностями крышек и фланцев оболочек электрооборудования.

 

 

 

 

 

 

Заключение.

По выбранным  данным были произведены расчеты  силовых и энергетических показателей  процессов отбойки руды комбайном  «Урал-20Р» (в зависимости от типа исполнительного органа).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет эксплуатационных параметров проходческо – очистных комбайнов для добычи калийных руд. Методические указания по разделу «Горные машины» для студентов специальностей ГМ, РМПИ. Сост., Чекмасов Н.В., г.Пермь, ПГТУ, 2004г.