ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ГАЛУРГИИ *н И И Г

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕХАНИЗАЦИИ ГОРНЫХ РАБОТ

ЛЕНИНГРАД

1975

УДК 622.64.622.625.2—182.3(083.53)

Методические рекомендации по механизации горных работ. Аккумулирующие системы типа ку-зав-доиный конвейер (основы расчета). Пинский В. Л. Л., ВНИИГ, 1975, 96 с.

Рассмотрен малоизученный процесс перемещения сыпучих тел ограниченной длины, характерный для работы аккумулирующих горнотранспортных машин (перегружатели, самоходные вагоны, бункерные конвейеры и поезда и др.). Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований. Изложены основные методические положения по расчету показателей работы и выбору рациональных параметров аккумулирующих систем типа кузов-донный конвейер. Приведены необходимые сведения о свойствах соляных пород, характеризующих их как объект транспортирования.

Ил. — 38, табл. — 17, сп. лит. -— 48 назв.

- 9 -

ее донным конвейером вплоть до заполнения кузова высоким слоем по всей длине.

Бункер-перегружатель состоит из кузова, донного конвейера и ходовой части. Экспериментальный образец перегружателя (БП-1) имел кузов с постоянными углами наклона днища и боковых стенок. В дальнейшем использовали борта и днище с переменным углом наклона (БП-2). Последняя модификация (БП-3) имеет регулируемую высоту разгрузки.

Конструктивной особенностью общеизвестных самоходных вагонов в условиях калийных рудников является подъем кузова или разгрузочного конца донного конвейера.

Введение в состав комплекса бункера-перегружателя обеспечивает независимость производительности комплекса от раетояния доставки I при I z. h_kp (рис.I) /27/. Величина этого критического расстояния доставки и производительность комплекса возрастают с увеличением грузоподъемности и уменьшением длительности разгрузки вагонов и перегружателей, а также с увеличением скорости движения вагонов.

В условиях калийных рудников преобладающее влияние на производительность комплексов оказывают грузоподъемность ^ , а затем длительность разгрузки tp (рис.2), т.е. параметры аккумулирующей системы вагонов и перегружателей. При длине камеры Ъкр С£ и tp в одинаковой степени влияют на производительность комплексов. Влияние Ц и tp возрастает при реализации существующих тенденций к увеличению технической производительности комбайнов (рис.З).

Поскольку сечения выработок на калийных рудниках в большинстве случаев допускают некоторое увеличение размеров (емкости) кузова и использование вагонов большей грузоподъемности, основное значение приобретают вопросы рациональной компоновки кузова перегружателей и вагонов, обеспечивающей снижение длительности разгрузки, удельный вес которой в общем цикле работы Еагона достигает 30-50#.

Фактические значения параметров аккумулирующей системы вагонов и перегружателей достаточно стабильны (табл.З), а

Рис.I, Зависимость технической производительности комплекса комбайн-бункер-перегруаа-тельмзамоходный вагон от расстояния доставки € <

1 - Q" Со^ ); 2 - Qr(&) _;

3 -Qf (а Я*). 4 -Q^cT^S(av).

- II-

совскупности их значений в первом приближении подчиняются закону нормального распределения (ряс.4). Длительность разгрузки перегружателей возрастает с увеличением угла подъема конвейера и количества горной массы в кузове. Реальная емкость кузова уменьшается с увеличением угла подъема конвейера (рис.5).

Таблица 3

Средние эксплуатационные значения параметров аккумулирующей системы вагонов и перегружателей на калийных рудниках

Параметр	Тип оборудо вания	Значение 1 параметра	■ Коэффициент вар.	Показатель точности р % 9	Место рожде ние
Грузоподъемность вагона (бункера-	4BCI0PB (БП-2)	10,0			С
перегружателя) (О ,	I0SC-2E (БП-1)	10,4	9.5	0,3	В
	I0SC-2E (БП-2)	11,0	5,0	1,06	с
	I0SC-2E (БП-3)	11,6	5Д	0,3	с
Длительность раз	4BCI0PB	1,1	-	-	с
грузки tp ,мин	Ю$С-2Е	1.5	23,5	2,5	в
	То же	1.2	19,0	0,83	с
	БП-1	0,77	19,5	1.7	в
	БП-2	1,35	12,3	0,53	с
	БП-3	0,92	6,8 ■	0,32 1	с

Примечание. В - Верхнекамское, С - Старобинское месторождения.

Параметры применяемого в настоящее время транспортного оборудования (БП-2, 4BCI0, 5BCI5) пока не позволяют в полной мере реализовать возможности комбайнов. Коэффициент использования их в комплексе не превышает 0,65 и снижается по мере

- 12 -

Рис.З. Зависимость средневзвешенной технической про-⁴ изводительности Qf комплекса от длительности разгрузки ip и грузоподъемности а вагона при различной технической производительности Qk комбайна.

I - 100 т/м, 2 - 150 т/ч, 3 - 200 т/ч, 4 - 250 т/ч. Сплошные линии -    (tp),

прерывистые - Q^cr ф-

-13-

Рис.5. Взаимосвязь длительности разгрузки ±р количества горной массы а в кузове бункера-перегружателя и угла А, наклона почвы выработкиСпа натурным наблюдениям) #

Рис.6. Поперечные сечения кузовов аккумулирующих систем типа КДК.

а - самоходные загоны (1,П,Ш - соответственно приемная, средняя и разгрузочная части кузова) ; б,в - бункеры-перегружатели; г - буккерные поезда; д,е,ж - бункерные конвейеры.

- 14 -

увеличения технической производительности комбайнов. Основные эксплуатационные недостатки оборудования связаны с системой кузов-донный конвейер (табл.4, 5) и заключаются в недостаточной производительности разгрузки бункеров-перегружателей, а также в нерациональной форме кузова самоходных вагонов. В результате длительность их загрузки (табл.4) превышает наименьшую достигнутую (БП-I и I0JJC-2E, табл.5) в 1,8-2,4 раза.

Таблица 4

Результаты испытаний самоходных вагонов в условиях Старобинского месторождения

(комбайн ПК-10, бункер-перегружатель ЕП-2)

	4BCI0	5BCI5	I0SC-2E
Показатели	Гипр оуглег ормаш. Воронежский завод ГСО .
Среднесменная производительность, т/смену * . . , , * >	198	267	300
Коэффициент использования комбайна в комплексе ......	0,56	0,65	_
Грузоподъемность, т ..... Длительность, мин	10	12	II
погрузки ......	1.8	1,6	1,35
разгрузки ......	I.I	0,9	1.2
Скорость движения, м/мин
с грузом , ( ,	83	90	70
без груза * , . . , ,	100	НО	95
Средняя мощность, потребляемая приводом конвейера(1-я скорость), КВТ i г	10	5,0	—

Примечания. Основными эксплуатационными недостатками являются: _хдля вагона 4BCI0 - обеспечение паспортной емкости за счет применения дополнительных бортов увеличенной высоты. "Виляние” вагона при движении по выработке. Недостаточная длина и ширина загрузочной части кузова. Большая высота вагона; для 5BCI5 - меньшая на 20# по сравнению с паспортной емкость кузова; для Х0£С-2Е - меньшая скорость движения вагона. Худшая обзорность.

Таблица 5 Результаты промышленных испытаний бункеров-перегружателей на калийных рудниках

■Результаты испытаний Тип бункера-перегружате- Место- рокде- Состав комп- Год коэффициент заполнения произ- води- тель- средняя потребляемая мощ основные эксплуатационные недостатки ЛЯ ние лекса вагрна ность ность при грузо- раз разгрузке. подъем- грузки. КВТ ностьв т/мин 10 тс БП-1 (экспериментальный образец, Гипроуглемаш ) Верхне камское ПК-8 I0SC-2E [965 1,04 13,5 Нет данных Потеря устойчивости при разгрузке. Недостаточная емкость кузова БП-2 Верхне ПК-8 Недостаточная емкость (опытно-промыш 1966 0,86 24,2 кузова. Недостаточная за ленный образец. камское I0SC-2E U jU грузка вагона. Визкая Пермгипрогормаш) производительность разгрузки. Завышенные уста новленная мощность привода и вес перегружателя , F1I-2 ^промышленный образец. Старо- бинское ПК-10 I0SC-2E 1968 I.I 8,2 11,5 Низкая производительность разгрузки. Завышенная Пермгиггрогормаа) установленная мощность привода

Создание промышленных образцов бункеров-перегружателей сопровождалось ухудшением показателей их работы,(табл*5)♦Несмотря на увеличение скорости движения цепи и ширины конвейера соответственно на 12 и 10$, производительность разгрузки ЕП-2 по сравнению с ЕП-1 снизилась в 1,6 раза; установленная мощность привода перегружателей превышает фактически потребляемую примерно в 2 раза. Эти обстоятельства свидетельствуют об отсутствии научно обоснованных методов выбора параметров системы кузов-донный конвейер, являющейся основным узлом бункеров-перегружателей и самоходных вагонов,

2. Классификация аккумулирующих систем типа кузов-донный конвейер

Передвижные и полустационарные аккумулирующие установки в большинстве случаев имеют аккумулирующую систему типа кузов-донный конвейер (КДК)* Сыпучее тело в таких системах формируется чередованием процессов насыпания и перемещенияСобычно при постоянном поступлении насыпного груза в кузов),в результате чего насыпной груз заполняет кузов высоким слоем. Отличительной особенностью режима разгрузки аккумулирующих систем является перемещение сыпучих тел ограниченной (конечной) длины.

Наиболее распространены донные конвейеры скребкового типа. В отдельных случаях применяют ленточные, пластинчатые или вибрационные конвейеры. Донные скребковые конвейеры, как правило, двухцепные. Цепи пластинчатые или сварные круглозвенные шаг скребков 400-500 мм, сечение прямоугольное. Скорость движения тягового органа 0,05-0,3 м/с.

Кузова аккумулирующих систем передвижных и пшлустацио-нарных установок (рис.6) можно классифицировать:

1)    по форме поперечного сечения - прямоугольные, трапециевидные и составные;

2)    по изменению формы поперечного сечения по длине кузова - постоянного и переменного поперечного сечения;

3)    по наличию торцовой стенки - с торцовой и без торцовой стенки;

- 17 -

4)    по углу установки - горизонтальные, наклонные, с переменным углом наклона;

5)    по возможности изменения угла установки - с постоянным и регулируемым углом наклона; в последнем случае - всего кузова или его части.

Пределы изменения основных параметров кузовов аккумулирующих систем типа КДК

Длина L/ , м    6,5-160

Ширина по донному конвейеру В, м    0,9-1,9

Высота Н, м    0,5-2,3

Угол наклона боковых бортов о( $ град.    42-90

Угол наклона торцовой стенки    град.    0-90

Относительные размеры:

0,015-0,15

В связи с многообразием форм кузовов в отдельных случаях удобна упрощенная классификация. Форма кузова определяется конфигурацией основных его элементов - днища и боковых бортов. Будем считать, что элемент кузова имеет сложную форму, если он образован несколькими плоскостями, и простую форму, если он полностью располагается в одной плоскости. Соответственно кузовом сложной формы будем называть такой, у которой по крайней мере один из элементов имеет сложную форму, в противном случае форма кузова - простая.

Наиболее распространены кузова простой формы (бункерные конвейеры, бункерные поезда, некоторые одэдели бункеров-перегружателей и самоходных вагонов). Кузова сложной формы характерны для самоходных вагонов и бункеров-перегружателей.

- 18 -

3. Изученность процесса перемещения насыпных грузов высоким слоем и характеристик трения калийной руды

Основные положения теории и расчета конвейерных установок сформулированы в работах /6, II, 28, 37, 38, 43/. Процесс перемещения насыпного груза высоким слоем был исследован профессорами, докторами техн.наук Р.Л.Зенковым /13/, Ю.И.Михайловым /19, 20/, кандидатами техн.наук Ю.Д.Гулевитским /7,8/, Г.В.Однополенко /21/ и Б.А.Стрекачинским /39/. Установлено, что при перемещении рабочего органа конвейерного типа под завалом, из последнего выносится слой определенной для данных условий ("предельной") высоты; при меньшей высоте завала груз сдвигается сплошным слоем /19/. Верхний контур поперечного сечения слоя - овальный /19/ или плоский /7/; угол наклона передней свободной поверхности близок к углу естественного откса/7/.

Предельная высота слоя, определяющая производительность транспортирования, зависит от физико-механических свойств насыпного ,груза (коэффициенты внешнего и внутреннего трения, крупность и влажность), геометрических параметров кузова (ширина, углы наклона бортов и днища), ширины рабочего органа /13, 19/, практически не зависит от скорости его движения/19/ и применительно к скребковому рабочему органу - от высоты и ширины скребков /21/. Уменьшение угла наклона бортов снижает высоту слоя вплоть до его разрыва по вертикальным плоскостям, совпадающим с торцовыми поверхностями рабочего органа, после чего высота слоя стабилизуется /19/.

Теоретические исследования позволили предложить методы расчета предельной высоты слоя /13,19,39/, определения координат точки погрузки, обеспечивающих необходимое заполнение кузова /39/, а также производительности разгрузки проходческих перегружателей и бункеров-поездов /19/. Общим для работ /13, 19/ является рассмотрение располагающегося на рабочем органе насыпного груза как некоторого статически сформировав-

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ГАЛУРГИИ

внииг

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕХАНИЗАЦИИ ГОРНЫХ РАБОТ

Аккумулирующие системы типа кузов-донный конвейер (основы расчета)

Ленинград

1975

-19-

шегося безграничного слоя, параметры которого могут быть определены решением плоской задачи предельного напряженного состояния сыпучей среды. Такой подход дает положительные результаты при решении вопросов перемещения конвейерными транспортными установками непрерывно поступающего груза и формирования высокого слоя в аккумулирующих устройствах* Однако он не может быть распространен на режимы разгрузки аккумулирующих систем, характеризующиеся перемещением сыпучего слоя ограниченной протяженности, так как не учитывает процессы, происходящие в краевых зонах образующегося сыпучего тела.

Наблюдения в промышлэнных условиях за разгрузкой опытно-промышленных и промышленных образцов аккумулирующих транспортных машин (бункеры-поезда, самоходные вагоны/21,30,42// не позволили выявить физико-механическую сущность процесса и предложить соответствующие методы расчета длительности разгрузки. Указывается лишь /42/, что на ее величину влияют грузоподъемность, скорость движения конвейера, форма и размеры кузова и крупность насыпного груза. Замечено также /21/ происходящее при разгрузке "перераспределение призмы оседания в призму заднего откоса" и последующее уменьшение первоначальной величины угла заднего откоса до некоторого устойчивого значения /39/.

В качестве существенной причины удлинения сыпучего тела отмечается /21/ зависящее от скорости отставание вышележащих слоев сыпучего. Наряду с этим получены экспериментальные данные, согласно которым скорость практически не влияет на удлинение сыпучего тела; величина удлинения составляет 2% на длине 45 м при изменении скорости в интервале 0,73-2,03 м/с /34/. Относительное снижение высоты слоя в предельном случае,соответствующем равенству коэффициентов внешнего и внутреннего трения, не превосходит 2-2,5$ /19/.

Для определения длительности разгрузки самоходных вагонов до настоящего времени были предложены только эмпирические формулы, основанные на установленной хронометражными наблюдениями (в конкретных условиях Джезказганского и Миргалимсайско-

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ширина кузова (конвейера);

вес насыпного груза в кузове;

производительность разгрузки;

площадь поперечного сечения слоя сыпучего;

объем сыпучего тела ("шапки") ;

коэффициент внутреннего (внешнего) трения;

высота слоя сыпучего ("шапки") ;

относительные размеры сыпучего тела;

коэффициент, характеризующий изменение произ водительности разгрузки (площади поперечного сечения слоя, длительности разгрузки) ;

длина сыпучего тела (расчетная начальная) ;

длина кузова (зона загрузки, зона разгрузки)

удлинение сыпучего тела;

время;

длительность разгрузки;

скорость движения рабочего органа донного конвейера;

угол наклона бокового борта (в зоне загрузки в зоне разгрузки) ;

угол подъема донного конвейера;

угол наклона верхней кромки дополнительного объема к плоскости днища (к горизонтальной плоскости) ;

угол наклона откоса (искусственного, естественного) к плоскости днища;

угол естественного откоса.

Индексы

1(2) справа внизу у символа - кузов простой (сложной)формы;

штрихи справа вверху у символа - различные значения одного

и того же показателя;

черта над символом - мгновенное значение показателя;

max (min, ср, опт) - максимальное (минимальное, среднее,

оптимальное) значение показателя.

- 3 -

ВВЕДЕНИЕ

На калийных рудниках СССР исключительно широкое применение получили самоходные вагоны и бункеры-перегружатели:    в

1973 г. ими доставлено около 22 млн.т горной массы, или 54% объема общей добычи (7С$ объема комбайновой добычи). В настоящее время в эксплуатации находится около 350 вагонов и перегружателей; по предварительным данным,потребность калийной промышленности в этих машинах на 1975-1980 гг. составит 1200 шт. Создаются усовершенствованные самоходные вагоны и перегружатели грузоподъемностью 10 и 15 т , проектируются вагоны и перегружатели грузоподъемностью 20-25 т .

Параметры аккумулирующей системы вагонов и перегружателей оказывают определяющее влияние на показатели работы очистного оборудования. Между тем научно обоснованные методы расчета аккумулирующих систем отсутствуют. До настоящего времени эти системы совершенствуют наименее эффективным способом - экспериментированием (методом "проб и ошибок") на опытно-промышленных и промышленных образцах. В результате возрастают сроки создания машин (вагоны грузоподъемностью 10 и 15 т ), а показатели их работы зачастую ухудшаются (например, БП-2 по сравнению с БП-1).

Необходимым условием уверенного проектирования машин является установление взаимосвязи между техническими параметрами машины и показателями ее работы - во-первых и между параметрами машины и характеристиками перерабатываемого ею материала - во-вторых.

Применительно к рассматриваемому оборудованию первая задача была решена обоснованием и разработкой методики расчета производительности комплексов машинной выемки /27/, апробированной в дальнейшем ВО Союзгорхимпром в качестве отраслевой для калийной промышленности. Для решения второй задачи во ВНЙИГ был выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по аккумулирующим системам и физико-механическим -свойствам горной массы, характеризующим ее как объект доставки.

На основе обобщения результатов выполненных исследований разработаны инженерные методы расчета аккумулирующих систем типа кузов-донный конвейер, базирующиеся на установленном механизме процесса, характеристиках трения насыпного груза и, следовательно, приемлемые, для различных горнотранспортных машин (самоходные вагоны, бункеры-перегружатели, передвижные перегружатели, бункерные конвейеры, бункеры-поезда, погрузочно-доставочные машины и др.) и разнообразных насыпных грузов. В совокупности с работой /27/ эти методы позволяют создавать для калийной промышленности самоходные вагоны и перегружатели с рациональными параметрами аккумулирующей системы и обеспечивают разработку параметрических рядов указанных машин, полностью отвечающих условиям их эксплуатации.

Работа выполнена автором во Всесоюзном научно-исследовательском и проектном институте галургии (ВНИИГ) при активном содействии доктора технических наук, проф.Р.С.Пермя-кова; научный руководитель - доктор технических наук, проф. Я.Е.Кальницкий. В работе участвовали: А.И.Бажанов, Т.Н. Баратенко, В.И.Карпухин, Г.ВДексина, А.Л.Лифшиц, Л.Н. Мюсель.

ГЛАВА I. АККУМУЛИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ ТИПА КУЗОВ-ДОННЫЙ КОНВЕЙЕР

I. Аккумулирующие транспортные установки на калийных рудниках

Все виды аккумулирующих емкостей подразделяют ДО/ на передвижные, полустационарные и стационарные*

Передвижные установки включают в себя самоходные вагоны, перегружатели, погрузочно-доставочные машины, тягачи с прицепом, бункерные поезда и другие горнотранспортные малины, предназначенные в основном для доставки.

- 5 -

К полустационарным установкам относят бункерные конвейеры, размещаемые, как правило, на стыке панельного и магистрального транспорта и предназначенные для сглаживания неравномерности грузопотоков и компенсации перерывов в работе.

Стационарные аккумулирующие емкости, размещаемые в око-лоствольном дворе, предназначены для сглаживания неравномерности работы подъема.

На калийных рудниках СССР получили распространение самоходные вагоны, передвижные перегружатели и бункеры-перегружатели (табл.1). Целесообразность широкого применения этих машин была установлена сравнительными испытаниями ряда перспективных транспортных схем (табл.2),

Передвижной перегружатель предназначен для приема горной массы от самоходного вагона и последующей дозированной подачи ее на блоковый или панельный конвейер. Он позволяет сократить простои самоходного вагона на пункте разгрузки и обеспечивает равномерную загрузку конвейера при работа на него одного или нескольких комбайнов.

Перегружатель состоит из бункера, цепного дозирующего устройства, донного двуцепного скребкового конвейера и ходовой части. Перед началом разгрузки самоходного вагона машинист вагона включает перегружатель. За время разгрузки вагона (1-1,5 мин.) перегружатель подает часть руды на конвейер, благодаря чему при собственной емкости 8,7 м³ (12 т) может применяться с вагонами грузоподъемностью до 15 т .Перегружатель выключается автоматически после полной разгрузки.

Бункер-перегружатель предназначен для приема горной массы от комбайна, накопления ее в количестве, соответствующем емкости самоходного вагона, и последующей быстрой перегрузки ее в вагон. Бункер-перегружатель позволяет производить отбойку руды независимо от местонахождения вагона и резко сокращает простои вагона при загрузке. От обычных перегружателей /I, 9, 19, 40/ он отличается большей емкостью (10 м³ и более) и принципом аккумулирования горной массы, который,как и у самоходных вагонов,заключается в накапливании горной массы в загрузочной части и последующем периодическом протягивании

Техническая характеристика передвижных

Показатель

Емкость кузова с дополнительными бортами, м³ .............

Грузоподъемность, т .....................................

Наибольшая скорость передвижения на горизонтальном участке пути, км/ч:

с грузом ......................................

без груза.............,.......................

Длительность разгрузки, с ................................

Высота, мм:

разгрузки .....................................

передней стенки по верхней кромке ...........

Донный конвейер:

тип ..........................................

ширина, мм ...................................

скорость движения цепи, м/с :................

шаг скребков, мм ............................

Характеристика тока ....................................

Общая установленная мощность, квт ......................

в т.ч. электродвигатель донного конвейера, шт х квт ....

Габаритные размеры, мм:

длина....... .    *

ширина.......................................

высота (с дополнительными бортами высотой 150 мм для нагонов и 250 мм для перегружателей) .....................

Масса, т

- 7 -

Таблица I

аккумулирующих транспортных установок калийных рудников

Самоходные вагоны			Бункеры-перегружатели			Передвижной пере-
4BC-I0	5BC-I5	I0SC-2E	БП-1	БП-2	БП-З	гружатель ПП-2
7,5	II	9,9	10	11,5	13,8	8,7
10	15	10	13	15	15	12
7,0	7,5	6,5	_
8,0	8,0	7Д	-	-	-	-
45-90	55-110	50-100	45	70-80	50-60	180-240
400-1400	430-1400	100-1270	1500	1850	1200-1880	1200-1500
1100	1212	930	1750	1700	1450	950

Скребковый двухцепной

900 III8 1000 0,15; 0,3 0,13 ;0,25 0,25 480 н,д. 512

Переменный, напряжение - 660 Б

90 1x20/10 127 1x35/18 63 2x8 30 2x15 20 1x20 7700 -2360 8200 2500 7400 2440 7700 2080 8110 2200 8180 2220 7730 2200 1600 14,5 1800 17,5 1995 13,6 2600 6,5 2600 7,22 L870-2650 7,53 2300 6,9