Анализ основных кинематических и силовых параметров механизма перемещения очистного комбайна

Траектории движения режущих элементов шнека очистного комбайна представляются идентичными кривыми - трохоидами, расположенными в плоскости рисунка 1, причем траектория - 2 образуется с опережением траектории - 1. После прохода вооружения шнеков по всей дуге забоя, оно отделит от последнего элемент угольного пласта, ограниченный линиями 1 и 2. При этом подача шнеков на один радиан составит:

S = W Im, м/рад. (1)

Здесь W , ® - скорость движения комбайна и угловая скорость вращения шнека очистного комбайна м/с и рад/с соответственно.

Угол контакта витка шнека со слоем разрушаемого угля - ф₀ , рад, равен [1]:

Г, 2 h ) —                ™

Ф о = arccos l 1 - — I , рад                         (2)

где h, D - высота слоя разрушаемого угля и диаметр шнека соответственно, м.

Для опережающего шнека высота слоя (см. рис. 1) равна его диаметру h = D и угол его контакта со слоем угля составляет ф₀ = п . Для отстающего шнека высота слоя находится в пределах 0 < h < D и угол его контакта с забоем соответственно составляет 0 < ф₀< п .

За угловую координату реакции слоя угля принимаем угловую координату центра тяжести сечения стружки - ф (точка «А», см. рис. 1), которая в соответствии с результатами, полученными в работе [2], при 2nS < h составляет для опережающего шнека ф а =2п/3 , рад (3), а для отстающего шнека определяется выражением ф а =2ф 0 /3 , рад (4).

Таким образом, рабочий процесс выемки угля очистным комбайном с двумя шнеками (расположенными симметрично относительно корпуса) осуществляется путем сочетания его поступательного движения со скоростью - W (м/с) и вращательного движения шнеков с одинаковой угловой скоростью - ± го (рад/с) и представляется удлиненными циклоидами (трохоидами), показанными на рис. 1 для опережающего и отстающего шнеков на участке взаимодействия их с забоем.

Н 1Ъ

Рис. 1 Схема сил на опережающем и отстающем шнеках очистного комбайна при его движении: а - вдоль восстающего угольного пласта; б - вдоль падающего угольного пласта.

Сумма сечений резов опережающего и отстающего шнеков в горизонтальной плоскости - S2 составит:

_с „ WB ( 1 h )   2          _D

Sг = 2--+ -— , м (5), где B to Iп  D^J

• -    ширина захвата слоя угля, м.

Полная сила сопротивления движению комбайна при разрушении угольного пласта мощностью H определится как алгебраическая сумма проекций - на ось х (рис. 1) касательных и нормальных составляющих реакций слоев угля с соответствующими угловыми координатами - ф а i .

При движении очистного комбайна вдоль угольного пласта (восстающего рис.1 а или падающего рис.1 б на угол - а ) сумма ортогональных проекций сил R - F_T , F n на ось х для опережающего и отстающего шнеков составит:

F оп, от = F n Sin ф а + F т COSф а , Н                    (6)

Величина тягового усилия подачи очистного комбайна - F_T с учетом выражения (6) и того, что F n = yF_T , (Н), составит:

F ^ = F_T [ cos2n/3 + cosф_а+^(sin2п/3+sinф_а )]/ п х , Н        (7)

где   у - отношение нормальной к тангенциальной составляющей, принимаемое для углей с пределом прочности о = (8 - 25) 106 Па, равным у = 0,9 [2]; пх - общий КПД привода механизма перемещения очистного комбайна, пх = 0,85 [3].

Касательная составляющая - FT силы сопротивления разрушения угля при одноосном сжатии в соответствии с результатами, полученными в работе [2], определится как: FT = aS г, Н (8), где с - прочность угля при одноосном сжатии, Н/м2.

Уравнение (7) с учетом выражений (3), (4), (5) и (8) принимает вид:

F ^

W ( 1   k_och Y    2 п      2 ^ Г • 2 п . 2 ф )

= 2 a B --- — +      cos — + cos —— + И sin — + sin —— I

П^ п  ф ₀D JL    3      3    4    3      3 J.

,Н

где к_ос - коэффициент уменьшения прочности слоя угля при его разрушении отстающим шнеком, учитывающий ослабление угольного массива опережающим шнеком. Поскольку вращение отстающего шнека всегда направлено против направления скорости движения комбайна - W , то величина к_ос в соответствии с результатами, полученными в работе [5], имеет величину к_ос = 0,75.

Полное тяговое усилие механизма перемещения очистного комбайна

• -    F x рассмотрено нами как сумма сопротивлений движению от сил на опережающем и отстающем шнеках и сопротивления движению комбайна

по наклонной траектории при выемке слоя угля:

F x = [ F ^ ±G(f k + sin а п )] к , Н                 (10)

где G - сила веса очистного комбайна, Н; fk - относительное сопротивление движению очистного комбайна по рештачному ставу; к -коэффициент неравномерности тягового усилия в бесцепной системе подачи (БСП) очистного комбайна, к = 1,43 [3]. Знак «+» в выражении (10) соответствует движению очистного комбайна вдоль восстающего угольного пласта (рис. 1 а), а знак «-» вдоль падающего угольного пласта

(рис.1 б ).

Далее учитывая, что второй член суммы выражения (10) составляет особенно для крепких хрупких углей не более 3…5% от сопротивления движению очистного комбайна [1], то выражение (10) с большой степенью точности и с учетом уравнения (9) можно записать в следующем виде:

^F x = 2 о Вк ^W [ 1 + ⁽ f ± sin « _п ^)] to

Г i    k_och з

-+11

( п  Ф о D J

2п   2ф cos + cos 0

•  2п .  . 2Ф sin + sin 0 33

, н

Слой разрушаемого угля отстающим шнеком высотой - h , при которой полное тяговое усилие механизма перемещения - F x имеет максимальное значение, определится из условия: dF^^ ( h )/ dh = 0 (12).

Моделированием уравнения (11) в диапазоне высоты слоя разрушаемого угля 0 < h < D для cmin = 10^106, Па (рис.2 а), omax= 25^106, Па (рис.2 б); у = 0,9 при эксплуатации комбайна К600 (B = 0,8, м; D = 2, м; к = 1,43; fk = 0,05; Wmax = 1,4 м/мин; to = 3,573 рад/с; Wmax/to = 6 10-3, м/рад [4]) на пологих an = 0° и пластах с углом падения (восстания) an = ± 10° установлено, что величина полного тягового усилия механизма перемещения - Fx очистного комбайна нелинейно зависит от высоты слоя разрушаемого угля отстающим шнеком - h и достигает максимума при высоте слоя равной h = 0,967 м (см. рис. 2) при движении вдоль как восстающего (an = 10°), пологого (an = 0° ) так и падающего (an= - 10°)

пластов.

Рис. 2 Зависимость полного тягового усилия механизма перемещения очистного комбайна от высоты слоя разрушаемого угля отстающим шнеком: а – для углей с пределом прочности σ = 10 10⁶ Па; б – для углей с пределом прочности σ = 25 10⁶ Па

Причем отношение тягового усилия механизма перемещения очистного комбайна при разрушении угольного слоя    только опережающим шнеком - Fx (h = 0) к тяговому усилию при разрушении слоя опережающим и отстающим шнеком - Fx (h = 2,0) при движении вдоль как восстающего, пологого так и падающего      пластов равно

Fx (h = 0) / Fx (h = 2,0) = 1,308   (13). Это объясняется трохоидальной траекторией движения вооружения шнеков, имеющих разнонаправленное вращение независимо от того, выполняют ли они функцию опережающего или отстающего шнека.

очистной комбайн, высота слоя разрушаемого угля, механизм перемещения очистного комбайна shearer, erodible coal bed height, a mechanism for moving the shearer