Влияние технологических, кинематических и силовых параметров на техническую производительность карьерного комбайна

Для разработки аналитической модели влияния, технологических, кинематических и силовых параметров на техническую удельную производительность - Q, М3 /с Вт карьерного комбайна с роторным рабочим органом следует определить:

- мощность привода роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна необходимая для преодоления сил сопротивления при выемке слоя породы - N P определится как[1 ]:

Dk       ^{z 1}                                                  0 5

N_p = M— = <т(1 + Ч у )---- — Q( У 1—cos 4₀^_( z^-i)^а k^_x sin 4о ^_( z^-i)^а ?'^{5 +}

Р                 ^z 0 ^h Р     i 1

¹ 1 cos ₀ k_xsin ₀^0.5   , Нм/с

где: Пр   — общий КПД привода и трансмиссии роторного ковшового рабочего органа комбайна, п = 0,78 4-0,81;

М - момент на роторном ковшовом рабочем органе при выемке слоя породы в общем случае, Н/м;

ω – скорость вращательного движения роторного ковшового органа, рад/с;

о - прочность породного массива, Н/м²;

Т   - коэффициент, характеризующий отношение нормальной к касательной составляющей для различных категорий породы;

f   - эффективный коэффициент трения ковша роторного ковшового рабочего органа о породу;

D – диаметр окружности режущих кромок вооружения ковшей ротора, м;

kx, ky – коэффициенты координат формы и положения траектории движения ковша ротора по удлиненной циклоиде (трохоиде) по осям у и x соответственно; z0   - число ковшей ротора, ед;

h    - высота слоя породы, м;

Q   – техническая производительность карьерного комбайна, м³/с;

z    – число ковшей роторного рабочего органа в забое, ед;

φ 0    – угол контакта роторного ковшового органа со слоем породы, рад;

α   – центральный угол между режущими кромками ковшей ротора, рад;

- мощность привода – N X необходимая для преодоления сил сопротивления движению карьерного комбайна вдоль пласта определится зависимостью:

N   F ^~ ( i , ф ₀)cos2 ф о/ 3 + 'Р sin 2 ф ₀/3+ Gf + sin а у ^V , Нм/с        (2)

Л x где: G    – сила веса карьерного комбайна, Н;

fк    – коэффициент сопротивления движению гусеничного хода без проскальзывания равный 0,04 0,05 [2];

Qу    – угол наклона (град.) траектории движения при выемке слоя породы;

ηx    – общий КПД привода и трансмиссии ходового механизма комбайна, л   0,78 0,81 ;

F~ (i,  ) – касательная составляющая силы сопротивления разрушению породы на роторном ковшовом рабочем органе в функции его угла поворота;

V    – скорость поступательного движения карьерного комбайна с роторным ковшовым рабочим органом, м/с.

Далее, учитывая что карьерный комбайн осуществляет выемку породы практически горизонтальными слоями ( α y = 0), а величина f к G составляет, особенно для крепких пород, не более 3÷5% от первого члена суммы заключенного в скобках, выражение (2) принимает вид:

Nx   1 + к   (i, ф 0)cos 2ф0/3J ^ sin 2ф0/3 V , Нм/с(3)

лx

С учетом результатов полученных в [4] уравнение (3) окончательно принимает вид:

1+f~

Nx       к F (i, ф0)cos 2ф 0/3 ^^sin 2ф0/3 Q , Нм/с;(4)

x     Bhx

- мощность транспортной системы комбайна , то есть мощность, потребляемая приводом транспортной системы карьерного комбайна в режиме

«выемка слоя породы» в соответствии с результатами, полученными кандидатом технических наук Абдуазизовым Н.А в работе [3], имеет вид:

N К   k xx + 1 k k , Вт,                         (5)

xx           xx и

Далее введем коэффициент – k тс характеризующий увеличения уровня потребления мощности за счет работы транспортной системы карьерного комбайна относительно суммы мощностей приводов ротора и хода – N _Р + N_Х .

k тс N Р + NХ + КL N Р + NХ                    ^{Р Х} (6)

Здесь kхх – коэффициент характеризующий уровень потребления мощности при работе транспортной системы комбайна на холостом ходу. По данным кандидата технических наук Чулкова Н.Н. для конвейеров с резинотканевой лентой kхх = 0,7;

k и – коэффициент использования карьерного комбайна во времени. По данным В. Рудолфа при испытании комбайна KSM-2000R на угольном разрезе «Талдинский» k и = 0,48-0,51.

Суммарная мощность – N _s , потребляемая карьерным комбайном при выемке слоя породы, составит:

^N E “ N Р + NХ k тс k д £ , Нм/с                   (7)

где: ξ  – коэффициент увеличения потребления энергии комбайном за счет работы вспомогательного оборудования, ξ = 1.05;

k тс – коэффициент увеличения потребления энергии комбайном за счет работы его транспортной системы, k тс = 1.1.

Выражение для суммарной мощности – N ∑ , потребляемой карьерным комбайном при выемке слоя породы с учетом (5) и (6) окончательно принимает вид:

N   k д N Р + ^NХ ^kтс ^kxx + 1 k xx k и £ , Нм/с                  (8)

д    Р      Х т с xx          xx и

Далее поделив обе части уравнения (8) на величину суммарной мощности – N _s , и решив последнее относительно величины удельной производительности– Q , после соответствующих алгебраических преобразований с учетом результатов полученных в [4] и выражений (1) и (4). При 77 X - p= 4 = 0.8 ; kдр = k дх = 1,0 имеем:

Q ¹ k_дх

kk k Л z 1

д тс y - У 1 cos 4    ( z  i )^a + k sin 4    ( z i )^a - 0.5   0.5 1  cos Ф₀+ k sin Ф 0.5

z ₀ h n \i 1

x((1 + 4f)D+21+ fк          cos 2Ф0 / 3 +^sin 2Ф0 / 3 j kxx + 1 kxx kи   ,м с h                                        Вт

2h arcCos 1

D

, ед

z ent                z

2           ⁰

^kд   ^kдр^kдх ¹+

z 1

1                                              ।                                               0.5

1 cos ч ( z  i ) 01 + k_x sin ф ( z i )     ^.

i 1

1 cos Ф₀+ k sin Ф 0.5

+ 0.5

2 h

Ф arccos 1      , рад

Рис.  1 – Зависимость величины удельной производительности – Q и коэффициента динамичности – kд от высоты слоя породы – h.

Система уравнений (10) представляет собой многопараметрическую имитационную модель влияния конструктивных ( к, b, D, h max , z 0 , α, f k ), технологических ( k д , σ, Ψ, B, h min , h, φ 0 , z, k и ), кинематических ( V min , ω, k y , k x , ) и силовых ( η, f, k тс , k xx , ξ ) параметров на техническую удельную производительность – Q , м³ I с Вт карьерного комбайна с роторным рабочим органом.

Результаты имитационного моделирования процесса (выемки слоя породы карьерным комбайном с роторным ковшовым рабочим органом) приведены на рис. 1. Анализ которого свидетельствует, что с увеличением высоты слоя породы – h динамика процесса выемки – k д (даже без учета жесткости и демпфирования ЭМС, при k др = k дх =1,0) уменьшается, а удельная производительность – Q увеличивается. Далее следует отметить, что при работе комбайна в зоне породно-угольного контакта требуется селективная отработка горного массива, и потери угля будут тем меньше, чем меньше высота отрабатываемого слоя.

Таким образом, для эффективного осуществления комбайном селективной выемки полезного ископаемого (уменьшения потерь производительности, при тонко слоевой выемке) актуализируется задача снижения динамики процесса выемки слоя породы карьерным комбайном.