Общий расчет и сборочный чертеж горной машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Факультет горного дела и инженерной экологии

Кафедра “Горные машины”

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Горные машины и оборудование ГП»

Тема:

Общий расчет и сборочный чертеж горной машины

Исполнитель: Петриков Д,А.

студент 5 курса, группы 102810

Руководитель: Казаченко Г.В.

Минск 2014



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Информационный обзор

1.1 Назначение проходческих комбайнов

1.2 Общая классификация и требования, предъявляемые к проходческим комбайнам

1.3 Проходческие комбайны бурового действия

1.4 Проходческие комбайны избирательного действия

2. Статический расчет

2.1 Статический расчет машины без модернизации

2.2 Статический расчет проходческого комбайна с модернизированным гусеничным ходом

3. Тяговый расчет

4. Кинематический расчет

4.1 Кинематический расчёт привода соосных роторов

4.2 Кинематический расчёт привода бермовых фрез и отрезных барабанов

4.3 Кинематический расчёт привода приводной звёздочки гусеничного хода

4.4 Кинематический расчёт привода конвейера

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Комбайн проходческий с соосными роторами является одной из основных машин для подземной добычи калийных руд, внедрение которых положило начало коренному техническому перевооружению калийных предприятий.

Комбайн имеет оригинальную конструкцию, в которой сочетание роторного уравновешенного резцового исполнительного органа, состоящего из двух соосных буров встречного вращения, специального устройства для выгрузки руды из забоя и гусеничного механизма подачи позволило создать маневренный комбайн с непрерывным процессом добычи и высокой производительностью.

Проведение выработок с помощью комбайнов является наиболее прогрессивным способом, так как при этом обеспечивается высокая скорость проходки и максимальная механизация работ при значительном упрощении организации и повышении безопасности труда рабочих. При комбайновой проходке выработок обеспечивается непрерывность процесса, благодаря которой производительность труда проходчиков по сравнению с буровзрывной проходкой повышается в 2--2,5 раза, а стоимость проведения выработок снижается. Помимо этого, значительно увеличивается устойчивость горных выработок и облегчается их крепление, ибо окружающий выработку массив остается не нарушенным взрывом, а сечение выработок имеет строго определенную форму.

Многолетний опыт эксплуатации показывает, что необходимо развивать и улучшать конструкции проходческих комбайнов как избирательного, так и бурового действия. При этом комбайны избирательного действия находят преимущественное распространение при раздельной выемке горного массива и при работе в условиях, где необходимо изменять в широком диапазоне величину и форму сечения выработки.



1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР

1.1 Назначение проходческих комбайнов

Проходческий комбайн (ПК) (англ. heading machine, tunneling machine) -- сложная многоприводная горная машина, обеспечивающая выполнение большого числа основных и вспомогательных операций рабочих процессов проведения и крепления подготовительных выработок, предназначенная для механизированного разрушения горных пород, погрузки горной массы в транспортные средства (вагонетки, конвейер, перегружатель)

ПК находят применение и при строительстве различных подземных сооружений (перегонных тоннелей метрополитенов, гидротехнических и коллекторных туннелей и т.д.). Применение проходческих комбайнов дает возможность совместить во времени основные технологические операции проходческого цикла: отделение горной породы от массива, ее погрузку в транспортные средства, а иногда и крепление выработанного пространства.

Многолетняя практика эксплуатации проходческих комбайнов показывает, что с их применением существенно увеличивается скорость проходки выработок и производительность труда горнорабочих в сравнении с буровзрывной проходкой; упрощается организация труда; повышается безопасность труда; значительно облегчается труд проходчиков; улучшается устойчивость проведенных выработок, что снижает затраты на их поддержание; сокращает долю ручного труда по забутовке закрепленного пространства.

1.2 Общая классификация и требования, предъявляемые к проходческим комбайнам

Применяемые в настоящее время в промышленных условиях проходческие комбайны имеют следующую классификацию:

По назначению и области применения:

· проходческие комбайны для проведения нарезных выработок по пласту полезного ископаемого;

· проходческие комбайны для проведения основных и вспомогательных подготовительных выработок по полезному ископаемому или по смешанному забою с присечкой слабых пород;

· проходческие комбайны для проведения подготовительных и капитальных выработок по породам средней крепости и крепким.

По способу обработки забоя исполнительным органом:

· проходческие комбайны избирательного (циклического) действия с последовательной обработкой слоями или заходками;

· проходческие комбайны бурового (непрерывного) действия с одновременной обработкой всей поверхности забоя;

По крепости пород разрушаемого горного массива:

· для работы по углю (слабой руде) с прослойками и присечками слабой породы;

· для работы по породам средней крепости;

· для работы по крепким породам;

Независимо от области применения и конструктивного исполнения проходческие комбайны должны удовлетворять следующим техническим требованиям:

- устойчиво работать с заданной производительностью в требуемых горно-геологических условиях;

- в конструкции комбайна должна быть предусмотрена возможность установки дополнительного навесного оборудования для механизации трудоемких операций проходческого цикла (бурение шпуров и установка анкерной крепи, установка временной штучной крепи и пр.);

- работать в проходческих комплексах с оборудованием для бурения шпуров и установки анкерной крепи, с оборудованием для установки штучной постоянной крепи, с оборудованием для бурения дегазационных и разведочных скважин;

- при работе обеспечивать пылеподавление, уровень шума и вибрации в пределах санитарных норм на рабочем месте машиниста;

- осуществлять дистанционное и автоматическое управление работой и направленностью движения;

- иметь возможно большее число унифицированных узлов и деталей; допускать применение временной передвижной механизированной крепи; разбираться на транспортабельные узлы для спуска под землю и доставки в забой.

1.3 Проходческие комбайны бурового действия

Проходческие комбайны с буровым органом разрушения предназначены для проведения подготовительных выработок и очистных работ при камерных системах отработки полезного ископаемого. Форма сечения проводимой выработки может быть арочной или овально-арочной. Комбайны с одним буровым органом или соосными роторами проходят выработку круглого сечения, которая при помощи бермовых фрез доводится до арочной формы. Комбайны с параллельно-осевым расположением буровых органов разрушения проходят выработки овально-арочной формы.

Структурно-компоновочная схема проходческого комбайна с буровым исполнительным органом представлена на рис. 1.1

Рис. 1.1 - Структурно-компоновочная схема проходческого комбайна с буровым исполнительным органом

1 - роторный исполнительный орган, состоящий из одной или двух соосно расположенных план-шайб; на их забойной стороне расположен рабочий инструмент (резцы, шарошки), а с внутренней, как правило, размещаются ковши погрузочного устройства;

2 - бермовые фрезы, осуществляющие оформление забоя до арочной формы;

3 - привод роторного исполнительного органа и бермовых фрез, состоящий из электродвигателя и редуктора;

4 - щит ограждения, препятствующий проникновению пыли из зоны работы исполнительного органа в выработанное пространство;

5 - несущая рама комбайна с расположенным на нем электро- и гидрооборудованием;

6 - ходовая часть гусеничного или распорно-шагающего типа;

7 - конвейер ленточного типа.

К потенциальным преимуществам ПК роторного типа относятся: высокая производительность, связанная с тем, что исполнительные органы обрабатывают всю поверхность забоя одновременно; возможность разрушения более крепких пород, обусловленная применением шарошечного инструмента и распорно-шагающей подсистемы ПВМ; частичная изоляция от проникновения пыли из зоны работы исполнительных органов в выработанное пространство с помощью щита ограждения.

Недостатками комбайнов бурового действия являются:

1) ограниченная мобильность из-за сложного распорно-шагающего устройства;

2) большие масса и длина комбайна;

3) проведение выработок только круглого сечения с большим радиусом искривления;

4) необходимость замены роторного исполнительного органа при изменении размеров выработки;

5) громоздкость комбайна, затрудняющая его осмотр, ремонт и выполнение работ по креплению выработок;

6)высокая трудоемкость монтажных работ (на доставку и монтаж затрачивается 1000-2500 чел/смен.

В связи с высокой стоимостью и большими затратами времени на монтажные работы комбайны бурового действия целесообразно применять только при проведении длинных малоискривленных выработок.

Из ПК роторного типа в настоящее время в Беларуси выпускается машины ПКС-8М (рис.1.2) и его модификации ПКС-8МК1, ПКС-8МК-2Б, ПКС-8МК-2Б/3,2 и КРП-3-660/1140, предназначенные для проведения подготовительных выработок и очистных камер арочного сечения при подземной разработке калийных руд.

Рисунок 1.2 Проходческий комбайн ПКС-8М

Комбайн ПК-8М (рис. 1.2) включает следующие основные узлы и агрегаты: роторный исполнительный орган, состоящий из двух соосно расположенных буров (внешний бур и внутренний бур с забурником), привод буров, отгораживающий щит, конвейер, ходовую часть, бермовые фрезы, отрезные барабаны, пылеотсасывающую и оросительную установки, электрооборудование со станцией управления, гидравлическую систему с маслостанцией, маслобаком и пультом управления скребки бермовых фрез, сцепку и сиденье машиниста.

Все агрегаты и узлы смонтированы на тележке ходовой части, осуществляющей подачу комбайна на забой при работе и перемещение его по выработкам при маневрах.

Разрушение забоя производится резцами, которыми оснащены буры, бермовые фрезы и отрезные барабаны. Буры роторного исполнительного органа пробуривают центральную, круглую часть выработки, а бермовые фрезы и отрезные барабаны придают сечению выработки арочную форму.

Буры исполнительного органа вращаются в разные стороны, то обеспечивает уравновешенность комбайна при работе. Внешний бур оснащен четырьмя лучами с ковшами, которые зачерпывают отбитую горную массу и подают ее через верхнее окно и течку на ленту конвейера комбайна, а также устройствами для установки лучей в транспортное положение; внутренний бур -- тремя лучами и забурником.

Ленточный конвейер имеет подвижную в вертикальной плоскости хвостовую секцию, что обеспечивает эффективную огрузку горной массы в транспортные устройства, устанавливаемые за комбайном. Подъем или опускание хвостовой секции существляется гидроцилиндрами.

Технические характеристики проходческого комбайна ПК-8М.

1. Производительность:

- при проходке, м/мин 0.28

- при добыче солей, т/мин 4.5

2. Размеры выработки:

- площадь сечения, 8

- высота, м 3

- ширина, м 3

- форма сечения выработки арочная

3. Угол наклона выработки, град., до 15

4. Тип подающего механизма Гусеничный

5. Скорость движения

- маневровая, м/ч 200

- рабочая, м/ч 0…16,8

6. Тип конвейера Ленточный

7. Скорость ленты конвейера, м/с 1,28

8. Частота вращения отбойного органа, мин^-1

- крестовины 6,97

- бура 13,16

- бермовых фрез 21

- отрезных коронок 42,2

9. Максимальное рабочее давление в гидросистеме, МПа 7,85

10. Электрооборудование

- напряжение, В 660

- суммарная мощность электродвигателей комбайна, кВт 367

в том числе привода:

- отбойного органа 2*110=220

- маслонасосов и бермовых фрез, кВт 110

- насос сверла, кВт. 1,2

- насоса цепей управления, кВт 1,2

- конвейера, кВт 15

- вентилятора, кВт 2x15

11. Основные размеры, мм:

- длина при рабочем положении 9200

- длина при транспортном положении 8300

- ширина по гусеничному ходу 2100

- ширина в транспортном положении по

торцам бермовых фрез 2850

12. Масса, т 55800

1.4 Проходческие комбайны избирательного действия

Практический интерес для горнодобывающих предприятий представляют стреловидные проходческие комбайны, или, как их еще называют, комбайны избирательного действия, которые позволяют полностью механизировать процесс отбойки и погрузки горной массы. Эти мощные самоходные агрегаты снабжены режущей головкой и погрузочным органом. Как правило, комбайны имеют гусеничный ход, но существуют модификации на пневмоколесном и рельсовом ходу. Погрузочный орган обычно представляет собой комбинацию нагребающих лап или нагребающего ковшового органа со скребковым или цепным конвейером.

Комбайны избирательного действия по сравнению с комбайнами бурового действия имеют следующие преимущества:

1) более маневренны, их можно монтировать в выработках небольшой площади сечения (8-10 м) без применения специального оборудования;

2) обеспечивают раздельную (селективную) выемку горной массы в смешанных забоях в выработках любой формы;

3) имеют меньшую массу и стоимость.

4) возможность установления крепи в непосредственной близости от забоя;

Имея перечисленные преимущества, стреловые комбайны значительно (в 2-4 раза) уступают комбайнам бурового действия по производительности.

Комбайны избирательного действия выпускаются двух типов: тяжелого (масса более 40 т) и легкого (масса до 20 т). В породах с прочностью на сжатие более 60 МПа применяют комбайны тяжелого типа. В породах меньшей прочности используют комбайны легкого типа, как при проведении выработок, так и при добыче полезных ископаемых.

Большинство проходческих комбайнов избирательного действия работают с поворотными круглыми резцами. Эта конструкция в настоящее время используется всеми изготовителями проходческих комбайнов.

По сути дела, структурно-компоновочная схема рассматриваемого класса машин имеет практически один и тот же состав для большинства моделей (см. рис. 1.3).



Рис. 1.3 Структурно-компоновочная схема комбайна избирательного действия

1 - стреловидный исполнительный орган, включающий собственно исполнительный орган обычно корончатого типа, а также его привод, т. е. электродвигатель и редуктор;

2 - система подвески стреловидного исполнительного органа, состоящая, как правило, из стрелы, шарнирно связанной с поворотной рамой, а также нескольких пар гидроцилиндров, изменяющих положение исполнительного органа в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

3- корпус машины или несущая рама, на которой базируется все основное оборудование комбайна;

4 - ходовая часть, как правило, гусеничного типа;

5 - погрузочный орган, в качестве которого преимущественное распространение получили парные нагребающие лапы;

6 - конвейер, обычно скребкового типа;

7 - гидро- и электрооборудование комбайна, включающее маслостанцию, станцию управления, пульт управления и т.д.

К основным недостаткам комбайнов избирательного действия относят:

1) цикличное действие при разработке породы на части забоя, что снижает эксплуатационную производительность комбайна;

2) неуравновешенность в продольном и поперечном направлении и конструктивная сложность исполнительного органа, связанная с возникновением динамических нагрузок;

3) более сложная конструкция погрузочных устройств;

4) невозможность проведения выработок по крепким абразивным породам;

5) пылеобразование и низкая эффективность средств борьбы с пылью

Рисунок 1.4 Комбайн избирательного действия КИД-220М

Проходческий комбайн избирательного действия КИД-220М, предназначен для механизации процессов отбойки и погрузки горной массы при проведении и ремонте (ранее пройденных) горизонтальных и наклонных выработок арочной, трапециевидной и прямоугольной форм сечением от 8 м² до 25 м² в проходке с углом наклона ±15°, а также разделки в выработках сбоек, камер и ниш.

Технические характеристики КИД-220М

Производительность комбайна т/мин, не менее	1,65
Сопротивление резанию соляных пород, кг/см2	450
Размеры выработки(после ремонта): - высота, м - ширина, м - форма выработки - угол наклона выработки, град., не более	до 4,7 до 6 арочная, прямоугольная, трапециевидная ±15
Габаритные размеры комбайна, не более, мм: - высота - ширина - ширина по гусеницам - длина	2650 2800 2500 11650
Исполнительный орган	стреловидный, телескопический
Тип резцов	Д-6.22, РКС-1
Ход телескопа исполнительного органа, мм	630
Опускание исполнительного органа ниже уровня почвы, не менее, мм	250
Частота вращения буровой коронки, мин-1	77,7
Питатель: тип - поворот питателя вправо, град - поворот питателя влево, град - опускание ниже уровня почвы, не менее, мм - ширина питателя без уширителей, мм - ширина питателя с уширителями, мм	поворотный, подъемный с загребающими спаренными лапами 24 18 150 1800 2800
Конвейер: - поворот в горизонтальной плоскости, град - подъем в вертикальной плоскости, град - высота подъема консоли конвейера вверх,мм	скребковый, подъемно-поворотный ±35 15 1760
Ходовая часть: - привод - скорость движения, м/мин: - рабочая - маневровая - клиренс, мм	гидравлический 2,5 5 340
Производительность насосов, л/мин	315
Электрооборудование: - напряжение, В - исполнение	660/1140 взрывозащищенное
Вентилятор: - производительность, м3/с	3,65
Максимальное рабочее давление в гидросистеме, МПа	10
Суммарная мощность электродвигателей комбайна, кВт в том числе привода: - отбойного органа - конвейера - питателя - вентилятора - узла насосного привода хода - узла насосного	228,5 110 18,5 15 15 55 15 18
Масса, т, не более	50



2. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Задачей статического расчета является нахождение координат центра масс и центра давления, среднего и экстремальных значений давления машины на несущее основание и деформаций последнего, а также определение размеров «ядра сечения» опорной площади гусеничного хода. При проведении расчетов машина рассматривается как механическая система, состоящая из твердых тел. В качестве исходных данных при выполнении задания принимаются размеры гусеничного хода, массы и координаты центров масс составных частей машины и внешние нагрузки, действующие на нее. Положение центра масс и центра давления определяют степень неравномерности распределения давления под гусеничным ходом и совместно со значениями среднего давления и деформации несущего основания позволяют на начальном этапе проектирования машин оценить рациональность ее компоновки.

Начало системы осей, в которой определяются координаты центра масс и центра давления, удобнее всего связать с машиной и расположить в центре ее опорной поверхности. В этом случае качество компоновки машины, т.е. рациональность пространственного расположения ее составных частей, оценивается мерой близости центра давления к началу системы координат.

2.1 Статический расчет машины без модернизации

Рисунок 2.1 - Расчетная схема комбайна c соосными роторами

Таблица 2.1

Координаты центров масс

	Наименование	Масса, т	X	Y	Z
1	2	3	4	5	6
1	Рама комбайна	3500	0	0	0.5
2	Отбойный орган	6000	0	-3,4	1.4
3	Редуктор привода отбойного органа	11000	0	-1,2	1,4
4	Электродвигатели привода отбойного органа правый и левый	740	0,6	0,85	1.5
		740	-0,6	0,85	1.5
5	Гусеничная тележка правая и левая	8000	0,7	0,8	0,5
		8000	-0,7	0,8	0,5
6	Привод маслонасосов и бермовых фрез с отрезными барабанами, вместе с б.ф. и о.б.	6500	-0,1	-1,2	0,8
7	Конвейер	2000	0	1,0	2,2
8	Пылеотсасывающие установки правая и левая	500	0.6	-2,0	1,8
		500	-0.6	-2,0	1,8
9	Буровой станок	1800	0,6	-1,7	1,7
10	Электро- и гидрооборудование	5720	0,2	2,5	1,0

Таблица 2.2

Исходные данные

1	Угол продольного крена		град.	0
2	Угол поперечного крена		град.	0
3	Угол наклона рабочего органа		град.	90
4	Усилие со стороны массива исполнительный орган	Р	Н	99049
5	Координаты точки приложения усилия Р		М	-3,7; 1,4
6	Длина опорной поверхности гусеницы	а	М	3,5
7	Ширина гусеницы	b	М	0.45
8	Колея гусеничного хода	d	М	1,8
9	Модуль Юнга грунта	E	кПа	5000

1. Общая масса установки

M =

2. Координаты центра C ()масс машины

3. Проекции сил тяжести mg на оси Ох, Оy,Оz:

4. Проекции усилия Р со стороны массива на рабочий орган

5. Проекции равнодействующих внешних сил на оси подвижной системы:

6. Моменты равнодействующей относительно осей и . Проекции сил и подставляются со знаком «+», а их координаты - с учетом знака:

7. Координаты центра давления:

8. Среднее давление машины на грунт

9. Моменты сопротивления и опорной площади для двухопорных гусениц, жестко соединенных с рамой машины:

где , - моменты инерции опорной площади гусеничного хода относительно соответствующих осей;

, - наибольшие значения координат опорной площади;



10. Максимальное и минимальное давление на грунт

Выполняется условие , а это значит, что давление во всех точках опорной площади имеет один знак. В проектируемой машине для передачи давления используется вся опорная поверхность гусеничного хода.

11. Размеры ядра сечения

12. Средняя, наибольшая и наименьшая деформации грунта

Так как центр давления лежит в площади ядра сечения, то компоновка машины является рациональной.

Таким образом, центр масс проходческого комбайна расположен в точке С с координатами = 0,03 м; = ?0,29 м и = 1,01 м; центр давления D имеет координаты = 0,03 м и = -0,54 м и не выходит за пределы ядра сечения, ограниченного ромбом с координатами вершин

0,74 м и 0,58 м.

Рисунок 2.2. Ядро сечения

Наибольшее и наименьшее давления на грунт соответственно равны = 338,66 кПа и = 3,9 кПа, при этом деформации грунта не превышают допустимой и составляют = 0,06 м, = 0,0007 м и = 0,03 м.

2.2 Статический расчет проходческого комбайна с модернизированным гусеничным ходом

Рис. 2.3 Расчетная схема ПК с модернизированным гусеничным ходом

Таблица 2.3

Координаты центров масс

	Наименование	Масса,т	X	Y	Z
1	2	3	4	5	6
1	Рама комбайна	3500	0	0	0.5
2	Отбойный орган	6000	0	-3,7	1.4
3	Редуктор привода отбойного органа	11000	0	-1,5	1,4
4	Электродвигатели привода отбойного органа правый и левый	740	0,6	0,45	1.5
		740	-0,6	0,45	1.5
5	Гусеничная тележка правая и левая	8000	0,7	0,5	0,5
		8000	-0,7	0,5	0,5
6	Привод маслонасосов и бермовых фрез с отрезными барабанами, вместе с б.ф. и о.б.	6500	-0,1	-1,5	0,8
7	Конвейер	2000	0	0,7	2,2
8	Пылеотсасывающие установки правая и левая	500	0.6	-2,3	1,8
		500	-0.6	-2,3	1,8
9	Буровой станок	1800	0,6	-2,0	1,7
10	Электро- и гидрооборудование	5720	0,2	2,2	1,0

1. Общая масса установки

M=

2. Координаты центра C ()масс машины



3. Проекции сил тяжести mg на оси Ох, Оy,Оz:

4. Проекции усилия Р со стороны массива на рабочий орган

5. Проекции равнодействующих внешних сил на оси подвижной системы:

6. Моменты равнодействующей относительно осей и . Проекции сил и подставляются со знаком «+», а их координаты - с учетом знака:

7. Координаты центра давления:



8.Среднее давление машины на грунт

b - длина опорной поверхности гусеницы (модернизированный вариант).

9. Моменты сопротивления и опорной площади для двухопорных гусениц, жестко соединенных с рамой машины:

где , - моменты инерции опорной площади гусеничного хода относительно соответствующих осей;

, - наибольшие значения координат опорной площади;

10. Максимальное и минимальное давление на грунт



Выполняется условие , а это значит, что давление во всех точках опорной площади имеет один знак. В проектируемой машине для передачи давления используется вся опорная поверхность гусеничного хода.

11. Размеры ядра сечения

12. Средняя, наибольшая и наименьшая деформации грунта

Рис. 2.4 Ядро сечения модернизированного комбайна

Центр давления D располагается ближе к началу координат, а это указывает на то, что машина более устойчива по сравнению с базовым вариантом.

3. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

Объемная производительность

м³/мин. [3]

- массовая производительность, т/мин;

-плотность породы в массиве,

Переходим далее к основным единицам системы СI. Тогда объемная производительность

м³/с.

Площадь сечения выработки, обрабатываемая внутренним ротором:

- радиус внутреннего ротора, м;

Площадь сечения выработки, обрабатываемая внешним ротором:

- радиус внешнего ротора, м;

Для нахождения площадей сечения выработки, обрабатываемых бермовыми фрезами и отрезными барабанами, рассмотрим рисунок 3.1. [5]

Рисунок 3.1. - Поперечное сечение выработки:

1 - площадь, обрабатываемая центральным ротором;

2 - соответственно, наружным ротором с ковшами;

3 и 4 - бермовыми фрезами и отрезными коронками.

Площадь сечения выработки, обрабатываемая отрезными барабанами:

Площадь сечения выработки, обрабатываемая бермовыми фрезами:

Тогда, площадь сечения выработки составит:

Теоретическая скорость подачи

м/с. [3]

Средняя толщина стружки, снимаемой резцами органов разрушения



Толщина стружки, снимаемой резцами центрального ротора

, [3]

где z₁ - число резцов в линиях резания центрального бура (рис.3.2).

- угловая скорость вращения центрального ротора, рад/с;

Определим z₁, щ₁ и h₁:

, [3]

где b₁ = 0,06 м - ширина захвата резца центрального бура с учетом развала бороздки; k₁ = 19 - общее число резцов центрального бура;

- радиус центрального бура, R₁ = 1,0 м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.2 - К расчету геометрических параметров процесса разрушения исполнительным органом

Расположение зубков Д-6-22 на трехлучевом буре, четырехлучевом роторе с ковшами, а также на бермовых фрезах и отрезных коронках соосного исполнительного органа проходческого комбайна ПКС-8М: 1 - центральный забурник; 2 - трехлучевой бур; 3 - четырехлучевой ротор; 4 - ковши; 5 - цилиндрический кожух; 6 - загрузочная воронка; 7 - рабочая ветвь конвейера; 8 - бермовые фрезы; 9 - отрезные коронки.

Тогда

;

рад/с;

- частота вращения центрального ротора, об/мин;

Толщина снимаемой стружки:

м.

Толщина стружки, снимаемой резцами внешнего бура

.

Число резцов в линиях резания внешнего бура

где k₂ =10- число резцов внешнего бура;

b₂ = 0,06 м - ширина захвата резцов внешнего бура.

Угловая скорость внешнего бура и снимаемая толщина стружки:

рад/с;

- частота вращения внешнего ротора, об/мин;

Средняя толщина стружки, снимаемой резцами бермовых фрез

.

Число резцов в линиях резания бермовых фрез

,

где L_б = 1,13 - длина рабочей части бермовых фрез, м;

k₃ = 32 - число резцов на бермовой фрезе;

b₂ = 0,06 м - ширина захвата резцов бермовых фрез;

Угловая скорость вращения бермовых фрез:

рад/с,

- частота вращения бермовых фрез, об/мин;

Толщина снимаемой стружки:

привод барабан фреза проходческий комбайн



м

Средняя толщина стружки, снимаемой резцами отрезных барабанов

Число резцов в линиях резания отрезных коронок

,

где k₄ =12 - число резцов на каждой коронке;

L_д = 0,3 м - ширина захвата коронки;

b₄ = 0,06 м - ширина захвата резцов отрезной коронки.

Угловая скорость вращения отрезных коронок и снимаемая толщина стружки

рад/с,

- частота вращения отрезных барабанов, об/мин;

м.

Общие затраты мощности для работы комбайна серии ПК

Где - мощность для разрушения породы соосными роторами;

- мощность для разрушения породы бермовыми фрезами и отрезными барабанами;

-мощность для работы ленточного конвейера;

- мощность для привода гусеничного движителя;

- мощность для работы вспомогательного механизма.

Мощность двигателей для привода роторов:

Где - удельные затраты мощности при разрушении породы резцами внутреннего ротора;

- удельные затраты мощности при разрушении породы резцами внешнего ротора;

, - производительности по разрушаемой породе внутреннего и внешнего роторов, м³/с;

Если свойства породы, разрушаемой внутренним и внешним роторами одинаковы, то для вычисления и используются формулы:

[3]

Где с₁,с₂ - коэффициенты, характеризующие прочностные свойства породы и режимы резания;

h₁,h₂ - толщины стружки, снимаемой резцами соответствующих роторов, м;

Так как скорость подачи роторов одинакова, то:

- скорость подачи комбайна на забой, м/c;

Тогда, мощность двигателей для привода роторов составит:

Внешний ротор кроме разрушения породы выполняет также подъем ее и погрузку на ленточный конвейер. При этом, затраты энергии расходуются на зачерпывание разрушенной горной массы ковшами ротора и на ее подъем.

Эти затраты мощности можно определить формулой:

где - удельные затраты мощности на зачерпывание породы ковшами внешнего ротора,

Q - общая производительность комбайна, м³/с;

- плотность породы в массиве, кг/м³;

Н = 2м - высота подъёма породы;

- наружный радиус внешнего ротора, м.

Для привода соосных роторов выбираем два электродвигателя ЭДКРВ250МА4 с номинальной мощностью в режиме S₁ равной 75 кВт, синхронной частотой вращения n=1500 об/мин и массой m=610 кг. [4]

Мощность на разрушение массива бермовыми фрезами и отрезными барабанами

Бермовые фрезы и отрезные барабаны разрушают породный массив для формирования арочной формы выработки. Их мощность на разрушение массива вычисляется по формуле:

= + [3]

где - удельные затраты мощности на разрушение породы бермовыми фрезами;

- часть площади сечения выработки которая разрушается бермовыми фрезами, м²;

- удельные затраты мощности для разрушения породы отрезными барабанами;

- часть площади сечения выработки разрушаемая отрезными барабанами, м²;

= + 23,45 кВт;

Помимо разрушения породы бермовые фрезы перемещают её лопастями шнеков к месту зачерпывания ковшами наружного ротора.

Мощность для этого определяется:

- суммарный момент трения лопастей бермовых фрез, перемещающих породу к приведенным осям фрез, Н*м;

- угловая скорость вращения бермовых фрез, рад/с;

Суммарный момент трения вычисляется по формуле:

где - общее осевое усилие, действующее на лопасти фрезы со стороны перемещаемой породы;

ѓ = 0,45 - коэффициент трения породы о лопасти бермовых фрез;

- радиус на котором приложена равнодействующая осевых усилий, м;

Осевое усилие:

Где - масса перемещаемой фрезами породы, кг;

- коэффициент трения породы о почву выработки;

Масса перемещаемой шнеками породы:

Где - средняя длина перемещения породы, м:

- скорость перемещения горной массы шнеками, м/с

Где - коэффициент циркуляции породы;

- шаг винтовой линии лопастей бермовых фрез, м;

Тогда, масса перемещаемой породы будет равна:

Осевое усилие:

Суммарный момент трения:

Мощность на перемещение породы бермовыми фрезами:

Мощность для работы ленточного конвейера



Где К = 0,1 - коэффициент сопротивления движению ленточного конвейера;

m_п - масса породы на конвейере, кг

G - массовая производительность, G=5т/мин=83,3 кг/с;

m_k = 300 - масса подвижных частей ленточного конвейера, кг;

Для привода ленточного конвейера выбираем электродвигатель АИУ 100 L4 с синхронной частотой вращения n=1500 об/мин, мощностью P=4 кВт и массой m=60 кг. [4]

Мощность для привода гусеничного движителя

Где Т_т - суммарное тяговое усилие гусеничных лент движителя, Н;

=/(1-E) =/(1-0,05) = 0,006 м/с

Е=0,05 - коэффициент буксования.

Суммарное тяговое усилие гусеничных лент движителя:

[3]

- сила сопротивления подаче исполнительного органа на забой;

- коэффициент сопротивления деформации опорного основания;

p - среднее давление машины на грунт, Па

а = 3,5 - длина опорной площади гусеницы, м;

b = 0,45 - ширина гусеницы, м;

К = 0,05 - коэффициент внутренних сопротивлений в гусеничном движителе;

M = 55000 - масса комбайна, кг;

- составляющая силы тяжести, параллельная почве выработки;

- угол наклона выработки;

- сила сопротивления движению, обусловленная силами инерции при разгоне (трогании с места) агрегата;

с₁ = 1,06 - коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс при разгоне;

t = 10c - время разгона.

Сила сопротивления подаче исполнительного органа на забой:



где - равнодействующая сил сопротивления подаче внутреннего ротора (резцов, расположенных на внутреннем роторе)

- сила сопротивления подаче внешнего ротора;

- сила сопротивления подаче бермовых фрез;

- сила сопротивления подаче отрезных барабанов;

- сила сопротивления перемещению бункера-перегружателя.

Для определения силы сопротивления подаче внутреннего ротора воспользуемся формулой:

где k_n1 = 0,6 - коэффициент пропорциональности между усилиями резания и подачи (принимается одинаковым для всех органов разрушения);

-равнодействующая сил резанию резцами внутреннего ротора;

Для определения равнодействующей сил резания, воспользуемся формулой затрат мощности на разрушение породы резцами центрального бура:

Мощность также можно представить формулой:

Где - равнодействующая сил сопротивления резанию резцами центрального ротора, Н;

- радиус, на котором приложена эта равнодействующая, м;

- угловая скорость вращения центрального ротора, рад/с;

Тогда, из формулы для определения мощности

Сила сопротивления подаче внутреннего ротора на забой:

Сила сопротивления подаче внешнего ротора на забой

Мощность для работы внешнего ротора:

С другой стороны

r_2p - радиус, на котором приложена распределенная равнодействующая сил сопротивления резанию резцами внешнего ротора;

Тогда, сила сопротивления подаче внешнего ротора на забой будет равна:

Сила сопротивления подаче бермовых фрез

Сила сопротивления подаче бермовых фрез также принимается пропорциональной равнодействующей сил резания резцов бермовых фрез

Где равнодействующая сил сопротивления резанию P_п3 вычисляется по формуле:

N₃ - мощность на резание породы бермовыми фрезами, Н;

S₃ - часть площади сечения выработки, обрабатываемой бермовыми фрезами, м²;

r₃ = 0,3 - радиус бермовых фрез по концам резцов, м;



Сила сопротивления подаче отрезных барабанов

Где равнодействующая сил сопротивления резанию P_п4 вычисляется по формуле:

N₄ - мощность на резание породы отрезными барабанами, Н;

S₄ - часть площади сечения выработки, обрабатываемой отрезными барабанами, м²;

r₄ = 0,3 - радиус отрезных барабанов по концам резцов, м;

Сила сопротивления перемещению бункера-перегружателя

,

где m_б = 35000 кг - масса загруженного бункера-перегружателя;

f_к = 0,05 - коэффициент сопротивления движению бункера-перегружателя.

Тогда сила сопротивления подаче исполнительного органа на забой будет равна:

Среднее давление машины на грунт

;

Суммарное тяговое усилие гусеничных лент движителя:

Мощность для движения машины по прямой

Проверка запаса сцепления гусениц с грунтом

Запас сцепления достаточный.

Для привода бермовых фрез и маслонасосов выбираем электродвигатель ЭДКР 250 М4 с номинальной мощностью P= 55 кВт и синхронной частой вращения n=1500 об/мин и массой m=590 кг.[4]

Суммарные затраты мощности



4. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

4.1 Кинематический расчёт привода соосных роторов

Передаточное число привода внешнего ротора:

Согласно кинематической схеме передаточное число привода внешнего ротора составляет:

Передаточное число привода внутреннего ротора:

Согласно кинематической схеме:

Рисунок 4.1 Кинематическая схема привода отбойного органа

4.2 Кинематический расчёт привода бермовых фрез и отрезных барабанов

Передаточное число привода бермовых фрез:

Согласно кинематической схеме:

Передаточное число привода отрезных барабанов:

Согласно кинематической схеме:

Рисунок 4.2. Кинематическая схема привода бермовых фрез и отрезных устройств

4.3 Кинематический расчёт привода приводной звёздочки гусеничного хода.

Редуктор гусеничного хода, в соответствии с рис. 4.3, служит для привода гусеничной цепи. Привод редуктора осуществляется гидромотором ВЛГ - 400 А. Применение гидропривода позволяет плавно изменять скорость подачи комбайна. Редуктор имеет шесть пар прямозубых цилиндрических передач. Крутящий момент от гидромотора ВЛГ через зубчатую муфту 2 передается валу 1, на котором свободно вращаются шестерни 3 и 5, обеспечивая тем самым включение рабочей и маневренной скорости подачи. Все передачи редуктора смонтированы в корпусе, имеющем один горизонтальный разъем.

Транспортный режим:

;

=1500 об/мин - частота вращения электродвигателя;

- частота вращения приводной звездочки гусеничного хода:

;

- угловая скорость вращения звездочки:

об/c =183 об/мин;



.

Рабочий режим:

об/c =13,75 об/мин;

Рисунок 4.3 Кинематическая схема привода гусеничного хода

В модернизированном варианте привода гусеничного хода (рис. 4.4) была опущена вниз приводная звездочка 20, посредством введения нового зубчатого зацепления 17-18 и 18-19. Это позволило сместить центр давления ближе к началу координат, что благоприятно сказалось на устойчивости комбайна (см. пункт 2).



Рисунок 4.4 Кинематическая схема модернизированного привода гусеничного хода

4.4 Кинематический расчёт привода конвейера

Передаточное число:

Согласно кинематической схеме:



Рисунок 4.5 Кинематическая схема привода ленточного конвейера



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении данного курсового проекта были получены теоретические знания по конструкции проходческого комбайна, а также навыки расчета основных параметров и кинематической системы комбайна.

Проведя анализ конструкций комбайнов того же назначения и типа, а именно проходческих комбайнов с соосными роторами, выяснилось, что комбайн ПКС-8 уступает своим конкурентам, так как вместо массивного главного цилиндрического редуктора используются малогабаритные планетарные редуктора, что позволяет уменьшить длину комбайна.

Так же в существующих комбайнах с соосными роторами имеет место быть весьма несовершенная конструкция гусеничного хода, в следствие чего уменьшается устойчивость и маневренность комбайна, поэтому в данной курсовой работе был рассмотрен этот вопрос и найдено решение позволившее улучшить показатели устойчивости и маневренности машины.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Комбайн проходческий ПКС-8М. Руководство по эксплуатации / В.Д. Михаленя, И.А. Конопляник, И.А. Козелло. - Солигорск, 2008 - 177 с.

2. Статический и тяговый расчет горной гусеничной машины. Учебное пособие / Казаченко Г.В., Кислов Н.В. - Минск, 2004 - 65 с.

3. Энергетический расчет очистного и проходческого комбайнов. Учебно-методическое пособие / сост.: Г.В. Казаченко, Н.В. Кислов, Г.А. Басалай. -Минск: БНТУ, 2012. - 35 с.

4. Электропривод горных машин. Учебно-методическое пособие в 4 частях./ С.В. Константинова. - Минск: БНТУ, 2013 - Ч. 1. - 2013. - 66 с.

5. Горные машины и оборудование. Лабораторные работы. Часть 2: Анализ параметров горных машин / Басалай Г.А., Казаченко Г.В., Лютко Г.И. - Минск: БНТУ, 2010. - 39 с.

Размещено на Allbest.ru