Изучение конструкции и определение основных параметров комбайнов для выемки калийных и марганцовых солей

Основные положения

По типу исполнительного органа комбайны для выемки калийных, каменных и марганцовых солей делятся на пять групп [1, 5]:

1) бурового действия;

2) с бермовым исполнительным органом;

3) с роторным исполнительным органом;

4) избирательного действия;

5) со шнековым исполнительным органом.

К первой группе относятся проходческо-очистные комбайны Урал-10А, Урал-20Р (различные модификации), Урал-10КСА, Урал-20КСА, Урал-61. С помощью них возможно осуществлять выемку в камерах и проводить выработки овально-арочной формы в пластах калийных руд мощностью
2, 2-3, 7 м при углах падения до ± 12° с сопротивляемостью пород резанию до
А_р = 450 Н/мм и площадью поперечных сечений соответственно 8, 3; 9, 4; 10, 5; 15, 5; 17, 9 и 20, 2 м². Они состоят из планетарно-дисковых исполнительны­х органов на параллельных осях вращения. Принципиальная схема исполнительного органа комбайна «Урал-20КСА» приведена на рис.9.1.

Рис.9.1. Схема исполнительного комбайна «Урал-20КСА»

Каждый планетарно-дисковый исполнительный орган ком­байна «Урал-20КСА», кроме двух дисков 3 с осями вращения 1, параллельными поверхности забоя, имеет по два плоских диска 2 (с осями вращения, перпендикулярными к поверхности забоя), образующих планетарный забурник.

Планетарные исполнительные органы имеют по сравнению с другими более сложную трансмиссию привода. Но благодаря планетарному движению рабочего инструмента возможна обра­ботка больших поверхностей забоя относительно небольшим количеством рабочего инструмента. Это позволяет повысить эффективность разрушения пород забоя за счет передачи на каждый резец большей мощности.

Для получения выработок арочной и овально-арочной форм поперечного сечения комбайны имеют бермовые органы 4 (рис. 9.1) с боковыми дисковыми фрезами 7 и шнеками 5. Шнеки транспортируют отбитую горную массу к центру ком­байна, где расположен скребковый конвейер-перегружатель 6. Для оформления кровли выработки исполнительный орган ком­байна «Урал-20КСА» имеет верхний отбойный барабан 9, который с помощью гидроцилиндров может под­ниматься и опускаться, что обеспечивает необходимый типораз­мер выработки. Зона работы исполнительного органа закрыта щитом 8.

Ко второй группе относится машина Урал-60С (рис.9.2), предназначенная для селективной добычи и зачистки почвы горизонтальных и наклонных до ±12° горных выработок шириной не менее 4 м на пластах калийных руд с сопротивляемостью резанию до А_р = 450 Н/мм. Она состоит из бермового исполнительного органа с зубками 1, кабины 2, привода (электрического и гидравлического) 3, скребкового перегружателя 4, гусеничной ходовой тележки.

Рис.9.2. Машина для послойной выемки калийных солей Урал-60С

Третья группа представлена комбайном типа ПК-8 (рис.9.3). Он предназначен для проведения подготовительных выработок и очистных камер при подземной разработке калийных руд с сопротивляемостью резанию 450 Н/мм. Комбайн имеет уравновешенный рабочий орган, что обеспечивается правильным выбором конструктивных и режимных параметров наружного 1 и внутреннего 2 буров, имеющих противо­положное вращение.

Рис.9.3. Исполнительный орган комбайна ПК8

Все буры комбайнов несут специальные державки, прикреп­ляемые к планшайбе бура и оснащенные резцовым инструментом для прорезания концентрических щелей. Межщелевые целики разрушаются скалывателями.Комбайны данного типа разрушают скалыванием до 60% горной массы.

Буроскалывающие исполнительные органы обеспечивают воз­можность самоуравновешивания, постоянную глубину резания, лучшую сортность и меньшую энергоемкость процесса разрушения полезного ископаемого и получили значительное распространение как в выемочных, так и в проходческих комбайнах.

Комбайн ПК-8 имеет ленточный конвейер для транспортировки отбитой руды и гусеничное ходовое оборудование.

К четвёртой группе принадлежат проходческие комбайны избирательного действия типа 4ПП-2М (рис.9.4), 4ПП-5. Они предназначены для проведения

Рис.9.4. Комбайн проходческий 4ПП-2М

горизонтальных и наклонных (до ±12°) подготовительных горных выработок площадью сечения 9-36 м² при коэффициенте крепости пород по Протодьяконову f не более 7 и абразивностью до 15мг.

Комбайн 4ПП-2СМ состоит из стреловидного исполни­тельного органа 1 с телескопически выдвигающейся на 630 мм стрелой и резцовой коронкой на конце с резцами РКС-2, погрузочного устрой­ства 2 в виде наклонного подъемно-поворотного стола питателя с на­гребающими лапами и скребковым конвейером 4, корпуса с опорно-поворотной турелью 6, гусеничных тележек 3, гидросистемы 5, опорных аутригеров 8, системы пылегашения 7, ленточного пере­гружателя 11, электрооборудования, пульта управления, мостового перегружателя.

Пятая группа представлена очистным комбайном со шнековым исполнительным органом типа КДР-6 (рис.9.5). Комбайн предназначен для ведения очистной выемки марганцевых руд крепостью по Протодьяконову до 6 в выработках с углом наклона к горизонтали +10°. Он состоит из шнекового исполнительного органа 1, качалки 2 со встроенным ленточным перегружателем 2 и 4, электро- и гидропривода 3, гусеничной ходовой тележки.

Рис.9.5. Комбайн КДР-6

Для проходческих и очистных комбайнов различа­ют теоретическую, техническую и эксплуатационную производи­тельность. Теоретическая производительность Q (м³/мин) проходческо-очистных комбайнов бурового, роторного, бермового и шнекового типов, ра­ботающих по калийным и марганцовым солям,

Q = S _в × υ _y × g, т/мин, (9.1)

где υ _y­– скорость перемещения исполнительного органа комбайна в направлении перемещения забоя выработки, м/мин, g – плотность полезного ископаемого,
g = 1, 8 ¸ 2, 4 т/м³, S _в – площадь сечения вчерне проводимой выработки или вынимаемого слоя, м².

Для комбайна бурового типа поперечное сечение выработки имеет сложный контур. Площадь этого контура, как правило, указывается в технической характеристике.

Для комбайнов роторного типа

S _в = p× D _р² × K _р /4,

где D _р – диаметр роторного исполнительного органа, м, K _р – коэффициент увеличения площади сечения при работе комбайна с бермовыми фрезами
K _р = 1, 137. Таким образом,

Q = , т/мин. (9.2)

Для комбайнов бермового и шнекового типов

S _в = B _з × t _сл,

где B _з – ширина захвата исполнительного органа, м; t _сл – толщина снимаемого слоя породы, м. Максимальная толщина слоя t _сл = D _ио, где D _ио – диаметр исполнительного органа, м. Таким образом,

Q = B _з × t _сл × υ _y × g, т/мин. (9.3)

Теоретическая производительность по раз­рушению забоя проходческим комбайном избирательного действия

Q = V_к · F_к × g, т/мин, (9.4)

где V_к – скорость перемещения коронки, м/мин; F_к – проекция площади контакта коронки с забоем на плоскость, перпендикулярную вектору скорости ее перемещения, м².

Проекция площади контакта коронки может прини­маться по фактическим параметрам исходя из выражения

F_к = B_з ·(D _min + D _max)· k_и / 2, м², (9.5)

где B_з – ширина захвата коронки, м; D _min, D _max – соответственно минимальный и максимальный диаметр коронки, м; k_и – коэффициент использования коронки (k_и = 0, 5÷ 1, 1).

Эксплуатационную производительность проходческого комбайна любого типа определим из выражения

, т/ч, (9.6)

где T – время работы комбайна (машинное) в течение одной смены, ч; Т_во – время несовмещенных вспомогательных опера­ций, выполняемых в течение одной смены, ч; Т_эо – время простоев по эксплуатационно-организа­ционным причинам в течение одной смены, принимается по статисти­ческим данным, ч. Все данные должны быть усреднёнными.

Эксплуатационную производительность комбайна при проходке целесообразно представлять в темпах проходки (м/ч, м/см)

, м/ч. (9.7)

Эксплуатационная сменная производительность для всех типов комбайнов определится из выражения

Q_э.см = Q_э · (Т_см – Т_т01 – Т_рп), т/см, (9.8)

где Т_см – продолжительность смены, ч; Т_m01 – время ежесменного технического обслуживания комплекса, Т_m01 = 0, 5 ч; Т_рп – время регламентированного перерыва, Т_рп = 0, 33 ч.

В данной методике расчёта должно выполняться условие

T + Т_во + Т_эо + Т_т01 – Т_рп = Т_см.

Эксплуатационная сменная проходка определится из выражения

П_э.см = П_э · (Т_см – Т_т01 – Т_рп), т/см. (9.9)

Задание. На основании данных табл.9.1 – 9.3 определить эксплуатационную производительность Q_э комбайнов с различными типами исполнительных органов.

Пример.

Исходные данные:

плотность калийной руды принимаем g = 2, 1 т/м³,

плотность марганцовой руды принимаем g = 4, 0 т/м³.

Для комбайна роторного типа ПК-8 D _р = 3, 2 м; S_пр = 9 м²; υ _y = 0, 2 м/мин;
T = 3, 6 ч; T_во = 1, 1 ч; T_эо = 0, 47 ч; Т_см = 6 ч;

для комбайна со шнековым исполнительным органом КДР-6 B _з = 3, 75 м;
D _ио= 3, 10 м; t _сл = 3, 00 м; S_пр = 12 м²; υ _y = 0, 12 м/мин; T = 2, 3 ч;
T_во = 2, 35 ч; T_эо = 0, 52 ч; Т_см = 6 ч;

для комбайна избирательного действия 4ПП-2М V_к = 0, 6 м/мин; B_з = 0, 8 м;
D _min = 0, 5 м; D _max = 0, 9 м; k_и = 0, 9; S_пр = 12 м²; T = 2, 6 ч; T_во = 2, 05 ч;
T_эо = 0, 52 ч; Т_см = 6 ч.