Показатели производительности транспортных машин

Контрольная работа Показатели производительности транспортных машин

1. Виды производительности транспортных машин Производительность транспортной установки или машины может быть теоретическая, техническая и эксплуатационная (действительная).

Теоретической производительностью Qp — называется расчетная производительность машины или установки (т или м3) за единицу времени (мин, ч) при непрерывной работе с учетом типоразмеров машины. Теоретическая производительность определяемая за час непрерывной работы машины при расчетных параметрах фиксируется в паспорте и заводской характеристике горной машины.

Технической производительностью Qт — называется производительность машины или установки (т или м3) за единицу времени (мин, ч) при непрерывной работе с учетом физико-механических свойств горной массы и типоразмеров машины. Она вычисляется аналогично теоретической, но с учетом коэффициентов неполноты использования теоретических параметров.

Эксплуатационной производительностью Qэ — называется действительная производительность машины или установки (т или м3) за единицу времени (ч) с учетом физико-механических свойств горной массы, типоразмеров машин, организации работ в забое и перерывов, связанных с обслуживанием машины. Эксплуатационная производительность определяется аналогично технической, по с учетом коэффициента использования машины во времени kв — в течение часа, смены.

Для транспортных машин периодического действия производительность (т/ч) рассчитывается по формулам:

Теоретическая ;

Техническая ;

Эксплуатационная ;

где V—объем грузонесущего органа (вагона, скрепера, ковша погрузочной машины), м3;

г—плотность разрыхленной горной массы, т/м3;

t—длительность рабочего периода (рейса, цикла), с;

kН—коэффициент наполнения вагона, скрепера, ковша в зависимости от физико-механических свойств горной массы;

kВ — коэффициент использования машины во времени, зависящий от организации работы.

Для транспортных машин непрерывного действия производительность (т/ч) рассчитывается по формулам:

Теоретическая — Qр=3600 Щ х г Техническая — Qт=3600 Щ х г kН или Qт=3600 (qМ /1000) х =3,6 qМ х.

Эксплуатационная — Qэ=3600 Щ х kН г kВ где Щ — площадь поперечного сечения горной массы на грузонесущем транспортирующем органе, м2;

х — скорость движения грузонесущего органа, м/с;

qМ—масса груза, приходящаяся на 1 м грузонесущего органа, кг/м.

Если известна техническая производительность От (т/ч) и скорость х (м/с), то можно определить массу груза (кг/м) на ленте или желобе конвейера:

qМ = Qт/ 3,6 х В установках непрерывного действия, в которых перемещение горной массы производится в ковшах или в вагонах объемом V (м3) с расстоянием между ними l (м),

qМ = V г / l

Время (ч) уборки заданного объема горной массы механическим грузчиком

t=A/QД+tПЗ где, А — объем горной массы, подлежащий погрузке, м3

tпз — время подготовительно-заключительных операций, ч.

Производительность транспортной установки в некоторых случаях выражается произведением количества перевозимого груза (т, м3) на длину транспортирования (м, км).

2. Сила тяги и сопротивления при перемещении грузов В транспортных установках с установившимся движением грузов тяговое усилие расходуется на преодоление сопротивлений, возникающих при перемещении грузов по прямому горизонтальному пути, и на подъем груза при наличии разных уровней в начале и конце пути.

Рис. 1. Силы, действующие на груз при движении по горизонтальной выработке: а — волоком; б — на колесах; в — конвейером При перемещении сосредоточенного груза скольжением по почве горизонтальной выработки (рис. 1, а) сила тяги:

F=G f, Н где G—вес груза, Н;

f—коэффициент трения скольжения.

При перемещении сосредоточенного груза качением по рельсам или почве выработок (рис. 1, б) сила тяги:

F=G щ, Н где щ — коэффициент ходового сопротивления.

Коэффициенты трения скольжения и ходового сопротивления (Н/Н) определяются из отношения:

f=щ=F/G=W/R,

т. е. равны отношению силы тяги F к весу груза G или отношению основных сопротивлений W к нормальной реакции силы R. Однако физическая сущность f и щ различна. При скольжении коэффициент трения зависит от состояния трущихся поверхностей, а при колесном ходе коэффициент ходового сопротивления зависит от типа колес и дорожного полотна, диаметра колес и осей, типа смазки и подшипников и т. д. Коэффициенты ходового сопротивления и трения определяются экспериментально. В том случае, если щ имеет размерность Н/кН, его называют удельным ходовым сопротивлением.

При перемещении распределенного по длине груза качением (рис. 1, в) сила тяги:

F= q L щ, Н где q—вес груза, приходящийся на 1 м грузонесущего органа, Н/м;

L—длина ветви, м.

Сила тяги при установившемся движении груза по наклонной выработке с углом в будет зависеть от направления движения.

При движении вверх (рис. 2, а) вес G разложим на составляющие — продольную Т и нормальную N. Пользуясь правилом теоретической механики, по которому сумма проекции всех сил на траекторию движения равна нулю (положительные силы направлены в сторону движения груза), составим уравнение

F—T—W=0, отсюда

F= W+T = щN + G sinв = щGcosв+ + G sinв = G (щ cos в + sin в).

Рис. 2. Силы, действующие на груз при движении по наклонной выработке: а — на колесах вверх; б — на колесах вниз; в — конвейером При движении вниз (рис. 2, б) уравнение равновесия сил

F+ T—W= 0, откуда F= G (щ cosв — sin в).

Объединяя оба случая вместе, имеем (Н)

F= G (щ cosв ± sin в) где + (плюс) соответствует подъему груза, а — (минус) — спуску.

Для равномерно распределенного по длине груза (рис. 2, в) сила тяги (Н)

F= qL (щ cosв ± sin в) В том случае, если наклон выработки незначителен (в<6°), cosв?1, sinв? tg в=h/L=i, поэтому для установок с сосредоточенным грузом (Н)

F= G (щ cosв ± i)

для установки с распределенным по длине грузом (Н)

F= qL (щ cosв ± i)

где i— уклон пути в выработке.

Об одинаковом физическом смысле коэффициента ходового сопротивления щ и сопротивления от уклона пути i можно сделать вывод из следующего расчета.

При установившемся движении сосредоточенного груза по наклону вниз F=0; так как G не равно 0, следовательно, щ cosв — sin в =0.

Отсюда коэффициент ходового сопротивления где h—разность высот, м;

L—горизонтальная проекция наклонного пути, м.

Уклон пути, выраженный в промиллях (м/км), имеет значение i=1000 h/L и обозначается знаком ‰.

3. Силы тяги и сопротивления при движении самоходных машин При движении самоходной машины по почве выработки или по рельсовым путям на окружность колес действуют силы тяги Fк, силы сопротивления W и тормозные силы В при включении тормозов.

Силой тяги — называется создаваемая двигателем самоходной машины во взаимодействии с полотном дороги или рельсами управляемая внешняя сила, приложенная к движущим колесам машины в направлении ее движения.

Общей для всех самоходных машин является зависимость силы тяги на окружности колес от сцепного веса, т. е. от веса машины, приходящегося на приводные колеса.

При реализации силы тяги колесо катится по полотну дороги или рельсу, так что точка касания обода колеса с дорогой является мгновенным центром вращения. Нормальное движение нарушается, если мгновенный центр вращения начинает двигаться относительно дороги, т. е. происходит буксование. Сила тяги при этом резко падает, так как уменьшается сила сцепления колес с полотном дороги или рельсами.

Условием нормального движения самоходной машины является

Fк? 1000 ш Рсц где Fк —сила тяги, Н;

Рсц—сцепной вес машины, кН;

ш— коэффициент сцепления.

Коэффициент сцепления зависит от многих физических и технических факторов и в первую очередь от типа колес, гусениц и состояния соприкасающихся поверхностей (рельсов, покрытия дороги, почвы).

Сила тяги (Н) самоходной машины ограничивается мощностью установленных на ней ходовых двигателей:

самоходный машина груз двигатель

Fк =1000 N з / х где N — мощность ходовых двигателей, кВт;

з — к. п. д. ходового привода;

х — скорость движения, м/с.

Сила тяги реализуется в одних самоходных машинах на перемещение грузов (локомотивы, самосвалы, самоходные вагоны), в других на напорные усилия для внедрения ковша в разрыхленную горную массу (погрузочные и погрузочно-транспортные машины).

Силами сопротивления — называются появляющиеся в процессе движения неуправляемые силы, направленные противоположно силе тяги. Силы сопротивления складываются из сопротивления качению колес на прямом горизонтальном участке пути Wo, преодоления уклонов Wi, сопротивления воздушной среды WВ, преодоления сил инерции при изменении скорости движения машины Wj.

Почти все силы сопротивления движению пропорциональны весу машины, поэтому в расчетах пользуются значениями удельных сопротивлений движению, т. е. сопротивлений, отнесенных к единице веса машины (Н/кН).

Сопротивление качению колес (Н) по полотну дороги или рельсам

Wo=щG,

где щ—удельное ходовое сопротивление, Н/кН;

G—вес машины, кН.

Сопротивление от уклона пути (Н)

Wi = ± i G,

где i— уклон пути, ‰.

Сопротивление воздушной среды (Н)

Wв = н Щм х2,

где н— аэродинамический коэффициент, учитывающий обтекаемость машины;

Щм — площадь лобового сопротивления машины, м2.

В транспортных установках с неустановившимся движением (при разгоне или замедлении) действуют, кроме статических, еще и динамические силы сопротивлений.

Динамическая сила (Н), как известно, находится из выражения

Wj = ±

где g — ускорение свободного падения, м/с2;

j — ускорение (замедление), м/с2;

+ (знак плюс) — при ускоренном движении, — (знак минус) — при замедленном.

Для инженерных расчетов в эту формулу вводится коэффициент kИ, учитывающий инерцию вращающихся масс (колес, шестерен, валов, роторов и т. д.). Тогда можно записать

Wj = ±

Коэффициент kИ принимается для вагонов и локомотивов от 0,06 до 0,1, для машин на пневмоколесном ходу — от 0,5 до 1,5.

Обозначим выражение

± тогда Wj= ± jKG,

где jк — удельная сила инерции, Н/кН.

Общее сопротивление движению самоходной машины (Н)

W=G (щ ± i ± jк)+WВ Силой торможения — называется создаваемая искусственно и регулируемая внешняя сила, направленная противоположно движению. Тормозная сила, как и сила тяги машины, относится к ободу колес и ограничена силой сцепления колес с поверхностью качения (рельсами, полотном дороги, почвой). Торможение обычно осуществляется при выключенных ходовых двигателях.

Полная тормозная сила (Н)

B=f n K

где f—коэффициент трения между тормозной колодкой и ободом колеса;

п—число тормозных колодок;

К—сила нажатия колодки на обод одного тормозного колеса, Н.

Торможение должно осуществляться так, чтобы не было юза, а именно В? Fк.

Следовательно, f n K? 1000 ш Рсц, отсюда пК = 1000 (ш / f) Рсц = 1000 д Рсц, где ш / f =д= 0,8…0,9 — коэффициент нажатия колодок.

Таким образом полная тормозная сила (Н) машины при выключенных ходовых двигателях:

В = 1000 f д Рсц Удельная тормозная сила (Н/кН) может быть найдена из выражения

B=B/G=1000 дРсц / G.

4. Силы тяги, сопротивления и натяжения при движении замкнутого гибкого тягового органа В общем случае замкнутый тяговый орган на транспортной установке непрерывного действия (ленточный, пластинчатый, скребковый конвейеры) движется по прямолинейным участкам, сопряженным между собой криволинейными переходами (барабанами, звездочками, шкивами).

Для определения тягового усилия на приводе такой машины пользуются методом обхода контура транспортной установки «по точкам».

Разбив для этого весь контур, образуемый тяговым органом, на последовательные прямолинейные и криволинейные участки (рис. 3), нумеруют точки сопряжения этих участков и, выполняя последовательный обход контура по точкам, определяют натяжение на набегающей Sнб и сбегающей Sсб ветвях тягового органа у привода, по величине которых находят общее тяговое усилие.

Обход контура начинают обычно от точки сбегания тягового органа с приводного блока (барабана или звездочки) или от точки наименьшего натяжения тягового органа на установке, если они не совпадают. Величина первоначальной силы натяжения, создаваемая натяжным устройством в установках с зацеплением тягового органа с приводным блоком, задается, а при передаче силы тяги трением — находится расчетом.

Рис. 3. Расчетная схема замкнутого гибкого тягового органа, работающего: а — в уклоне; б—в бремсберге Для схемы, изображенной на рис. 3, сопротивление движению (Н) на участке между точками 1—2

W1−2 = qП L (cos вщ— sin в),

аналогично для участка 3—4

W3−4= (q+qП)L (cos вщ+ sin в),

где q—вес, приходящийся на 1 м груженого тягового органа, Н/м;

qП —вес, приходящийся на 1 м порожнего тягового органа, Н/м.

При огибании тяговым органом блока (барабана или звездочки) силы сопротивления складываются из сопротивления вследствие жесткости сгибаемого при набегании и разгибаемого при сбегании тягового органа, трения в ступицах блока, трения на кривых и других сопротивлений.

Все эти силы сопротивления (Н) пропорциональны натяжению тягового органа, так что сопротивление на участке 2—3 W2−3=kS3,. Практически k=0,05…0,07.

Для определения силы натяжения во всех точках контура пользуются следующим общим правилом расчета: сила натяжения тягового органа в каждой последующей по ходу точке контура равна силе натяжения в предыдущей точке и сопротивлению на участке между этими точками.

Первоначальная сила S1 натяжения сбегающей ветви (в точке 1) в установках с зацеплением тягового органа с приводным блоком задается; при передаче силы тяги трением — находится расчетом при использовании уравнения Эйлера:

Sнб/Sсб?е f б, где е f бтяговый фактор;

f — коэф. трения ленты о барабан;

б — угол обхвата лентой барабана, рад.

S1 принимается или рассчитывается;

S2=S1+ W1−2 ;

S3=S2+ W2−3;

S4=S3+ W3−4 .

Из расчетной схемы видно, что S1=Sc6, S4=Sнб, следовательно, тяговое усилие (Н) приводного блока

Fo=Sнб—Sc6=S4—S1

где Sнб и Sсб — силы натяжения соответственно набегающей и сбегающей ветвей, Н.

Сила натяжного груза Рн. г принимается равной сумме натяжений ветвей S2 и S3.

Тяговое усилие на окружности приводного блока при двигательном режиме имеет положительное значение (Sнб>Sсб); при тормозном режиме—отрицательное (Sнб

5. Мощность двигателя привода Режим работы всех транспортных установок периодического и непрерывного действия характеризуется переменными в течение цикла и смены нагрузками. Примерные нагрузочные диаграммы двигателей таких установок изображены на рис. 5.

Выбор двигателя производится по допустимому в течение смены нагреву его обмоток. В связи с этим по нагрузочным диаграммам или расчетным данным находят эквивалентное тяговое усилие транспортной установки.

Эквивалентным усилием — называется такое постоянное усилие при непрерывной работе привода транспортной установки, при котором обмотки двигателя нагреваются до такой же температуры, как и при действительном режиме работы.

Эквивалентное усилие (Н) находится по формуле, выражающей среднюю квадратическую зависимость:

Рис. 5. Диаграммы длительного режима работы двигателей при нагрузках; а — циклической; б — непрерывной

где F1, F2, Fn—сила тяги привода, Н;

t1,t2, tn — время действия этих сил, с;

и — время пауз за расчетный цикл, с;

ko — коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения двигателя при остановке транспортной машины (ko =0,3 для двигателей с самовентиляцией; ko =0,6 для двигателей с принудительной вентиляцией).

Мощность (кВт) на приводном валу из условия допустимого нагревания обмоток двигателя где хном—номинальная скорость движения груза, м/с.

Расчетная мощность (кВт) двигателя с учетом потерь в приводе где з — коэффициент полезного действия привода (з=0,9 для привода с механическим редуктором, з=0,8—c механическим редуктором и турбомуфтой);

kз= 1,1…1,2 — коэффициент запаса мощности.

По расчетной мощности выбирают по каталогу ближайший больший двигатель. Мощность принятого по каталогу двигателя называют установленной мощностью Ny.

В транспортных расчетах скорость движения машин хном может быть выражена в км/ч, тогда формула будет иметь вид

Для установленного двигателя номинальное тяговое усилие (Н) привода

Fу=1000Nуз / хном.

Выбранный двигатель проверяют по перегрузочной способности. Для асинхронных электрических двигателей переменного тока перегрузка в период пуска должна быть не выше П=Fmах/Fу? 1,5…1,8.

При установившемся режиме работы у электрического двигателя П?2.

При работе двигателя в тормозном режиме, когда Fэ имеет отрицательное значение, его расчетная мощность (кВт) по условию нагрева находится по формуле При передаче движения пульпе мощность (кВт) двигателя землесоса (насоса) находится по формуле где Vn — подача (производительность) землесоса, м3/с;

зЗ — к. п. д. землесоса.

6. Силы тяги и сопротивления при передаче движения рабочей средой Передача движения сыпучей горной массе посредством жидкой или газообразной рабочей среды используется в гидравлическом и пневматическом транспорте. В таких установках горная масса находится во взвешенном состоянии в жидкой или воздушной среде и перемещается вместе со средой по трубам.

Гидравлическое транспортирование может быть самотечным, в котором пульпа, т. е. смесь горной массы с водой, перемещается по наклонным желобам, канавам или трубам самотеком, и напорным, в котором пульпа перемещается по трубам напором, образуемым насосом или землесосом.

Пневматическое транспортирование может быть напорным и всасывающим, в которых горная масса перемещается соответственно в среде сжатого и разреженного воздуха, создаваемого нагнетательными или вакуумными насосами. Оптимальным с точки зрения транспортирования пульпы является такой режим, при котором весь твердый материал находится в потоке во взвешенном состоянии.

Обычно скорость движения пульпы определяется при гидравлическом транспортировании в зависимости от так называемой критической скорости, т. е. такой скорости восходящего потока в вертикальном трубопроводе, при которой частицы данной крупности и данной плотности остаются в трубе во взвешенном состоянии.

Схема сил, действующих на частицу материала, показана на рис. 4, из которой видно, что

G=F+W

где G—вес твердой частицы, Н;

F — выталкивающая сила по закону Архимеда, Н;

W—сопротивление перемещению частицы, Н.

Если принять для простоты, что твердая частица имеет форму шара, то где а—приведенный диаметр шара, см;

гм—плотность материала, г/см3;

г0 —плотность воды, г/см3;

л—коэффициент гидравлических сопротивлений, зависящий от формы и состояния поверхности частицы и трубы;

хКР— критическая скорость, м/с.

Отсюда находим Принимая плотность воды г0=1 и =0,55 по опытным данным для руды, получаем формулу для расчетов критической скорости пульпы в трубопроводе, при которой твердые частицы находятся во взвешенном состоянии:

Для частиц неправильной формы приведенный диаметр где Vk — объем куска, см3.

За счет напора, развиваемого колесом землесоса, пульпа движется по пульповоду с критической скоростью, преодолевая подъем (разность высот) и вредные сопротивления в трубах.

Расчетный манометрический напор (м) землесоса

hм=hв+hн+hвр,

где hв — высота всасывания, м;

hн — высота нагнетания, м;

hвр — напор, затрачиваемый на преодоление вредных сопротивлений, м.

Вредные сопротивления состоят из сопротивлений трения пульпы о стенки трубопровода и местных сопротивлений (колена, задвижки, клапаны и т. д.).

Рис. 4. Схема сил, действующих на твердую частицу при транспортировании рабочей средой.

Напор, расходуемый на преодоление трения пульпы о стенки трубы, где dтp — диаметр трубы.

Напор, расходуемый на местные сопротивления, где е — коэффициент местных сопротивлений в частях трубопровода (колена, задвижки, клапана);

п—число последовательно установленных местных сопротивлений.

Величина напора (м) пульпы где гп — плотность пульпы, кг/м3.

При самотечном гидротранспорте по открытым желобам или трубам их уклон должен быть таким, чтобы поток смывал частицы горной массы. При этом величина перемещений гидросмеси в основном зависит от шероховатости дна и стенок желоба или трубы.

Напор, расходуемый на преодоление сопротивлений, можно определить по формуле в которой hтр будет превышением верхней точки трубы над нижней:

или

где i=hтр/L—уклон трубопровода или желоба.

Выразим dтp через гидравлический радиус R, равный отношению площади поперечного сечения потока к смоченному периметру. При заполнении всего сечения трубы пульпой гидравлический радиус

, откуда dтp:=4R.

Подставляя это значение в верхнию формулу и решая полученное уравнение относительно х, находим

Обозначая, получаем известную в гидравлике формулу Шези:

Литература

1. Шешко Е. Е. Горно-транспортные машины и оборудование для открытых работ: Учеб. пособие. — 3-е перераб. и доп. — 2003. — 260 с.

2. Гришко А. П., Шелоганов В. И. Стацонарные машины и установки. Учеб. пасобие: — МГГУ. 2004;384 с.

3. Шешко Е. Е. Эксплуатация и ремонт оборудования транспортных комплексов карьеров: Учеб. пособие. -2008. — 425 с.

4. Транспорт на горных предприятиях. Под общей редакцией Б. А. Кузнецова Москва, «Недра» — 200 г.656с

5. Справочник по шахтному транспорту. Г. Я. Пейсахович, И. П. РемизовМосква, «Недра» — 2007г