Опорные слова и термины. Теоретическая, техническая и эксплуатационная производительность, скорость подачи комбайна, фронтальная скорость подачи

Теоретическая, техническая и эксплуатационная производительность, скорость подачи комбайна, фронтальная скорость подачи, маневровая скорость подачи, коэффициент технически возможной непрерывности работы, время производительной работы, время простоев, коэффициент готовности, не совмещенные операции

Основным критерием при качественной оценке существующих или вновь создаваемых очистных машин, комплексов и агрегатов является производительность, которая служит главным и наиболее важным параметром, характеризующим достоинства данной машины (агрегата) и целесообразность ее применения в данных производственных условиях.

Производительность очистных комбайнов и комплексов (агрегатов) во многом зависит от горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации, технического уровня данной техники и определяется в общем случае количеством угля, добываемого в единицу времени.

Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность. Теоретическая производительность очистного комбайна или комплекса (агрегата) –

максимально возможная производительность, которая определяется в единицу времени (минуту, час) при условии непрерывной работы данного оборудования с максимальной в данных условиях эксплуатации со скоростью подачи комбайна (исполнительного органа агрегата). При правильно выбранных, согласованных режимных параметрах оборудования комплекса теоретическая производительность комплекса будет равна производительности его очистного комбайна.

Теоретическая производительность (т/ч) комплекса на базе очистного комбайна, работающего в лоб уступа или с фланговым исполнительным органом, выражается зависимостью

Qфл = 60mBvпγ,

а для фронтального агрегата

Qфр = 60mLvфγ,

где m — средняя мощность пласта, м; В — полезный захват исполнительного органа, м; L — длина лавы, м; vn — скорость подачи очистного комбайна вдоль забоя, м/мин; vф — фронтальная (перпендикулярно к груди забоя) скорость подачи исполнительного органа агрегата, м/мин; γ — плотность угля в целике, т/м3.

По величине теоретической производительности очистного комбайна выбирается доставочная машина, при этом считается нормальным, если ее производительность на 5—10 % выше производительности комбайна. Скорость передвижения механизированной крепи также должна согласовываться со скоростью перемещения очистного комбайна, в противном случае механизированная крепь будет сдерживать работу комбайна.

Для оценки технико-экономических показателей комплекса (агрегата) определение только одной теоретической производительности недостаточно, так как работа комплекса сопровож- дается простоями, связанными с выполнением вспомогательных операций, продолжительность которых зависит от схемы работы комбайна, его конструктивных особенностей и затрат времени на техническое обслуживание оборудования. Поэтому в дополнение к теоретической производительности вводится понятие технической производительности.

Техническая производительность комбайна, комплекса (агрегата)— это среднечасовая (среднесменная) производительность с учетом затрат времени на выполнение вспомогательных операций, присущих данному комбайну (комплексу), и ликвидацию отказов.

Техническая производительность всегда меньше теоретической.

Техническая производительность очистного комбайна (т/ч) или комплекса определяется по формуле

Qфл.т = 60mBvпγKт, а фронтального агрегата (т/ч) по формуле

Qфр.т = 60mLvфγКт,

где КТ< 1 — коэффициент технически возможной непрерывности работы комбайна или комплекса (агрегата), определяется отношением времени производительной работы комбайна (агрегата) к суммарному времени производительной работы комбайна и времени на вспомогательные операции, не совмещенные с работой очистного комбайна или комплекса (агрегата), т.е.

КТ= Т /(Т+ Тв.о) = 1 / (1 + (Тв.оvn) / L)

где Т=L/ vn — время производительной работы очистного комбайна в течение цикла, мин; Тв.о — общее время простоев, связанных с техническим обслуживанием и выполнением вспомо- гательных операций в течение цикла, не совмещенных с работой очистного комбайна или комплекса (агрегата), мин.

Тв.о = Тк.о +Тм.о + Тз.и +Ту.н

где Тк.о — затраты времени (мин) на не совмещенные концевые операции (перевод очистного комбайна из транспортного положения в рабочее или, наоборот, перемещение комбайна и крепи на забой, натяжение тяговой цепи, перемонтаж погрузочного устройства с одной стороны исполнительного органа на противоположный); Тм.о — затраты времени (мин) на маневровые операции (перегон комбайна в исходное положение, холостые маневры комбайна при самозарубке, отвод комбайна от уступа забоя для замены резцов); Тз.и — затраты времени на замену режущего инструмента, мин; Ту.н — затраты времени на устранение неполадок и неисправностей механизированного комплекса, мин.

Если концевые операции различной продолжительности совмещены во времени, то затраты времени на них определяются по самой продолжительной операции. Если же концевые операции не совмещены во времени, то общие затраты времени будут равны их сумме. В каждом конкретном случае затраты времени на концевые операции могут быть или рассчитаны, или приняты на основании хронометражных наблюдений. Для современных механизированных комплексов на базе узкозахватных очистных комбайнов со шнековым исполнительным органом время на концевые операции колеблется в пределах 20—25 мин, а для широкозахватных комбайнов — 60 мин и более. Для фронтального агрегата типа АК-3 Тк.о = 0.

Для современных очистных комбайнов, работающих по односторонней схеме,

Тм.о = L/vп.м

где vп.м — маневровая скорость подачи, м/мин.

Для фронтальных агрегатов, у которых передвижка секций механизированной крепи осуществляется группами гидроцилиндров одновременно по всему фронту забоя, время на не со- вмещенные операции может быть определено по формуле

Тм.о= n (tз.о + lш/vш)

где п — количество гидроцилиндров, одновременно участвующих в передвижке секций крепи; lш

— рабочий ход штока гидроцилиндра передвижки, м; vш — скорость движения штока гидро- цилиндра, м/мин;

в штоковой полости

в поршневой полости

vш= 4q1η0 / π (D2– d2);

vш= 4q1η0 / π D2,

где q1 — расход жидкости на рабочий ход поршня гидроцилиндра, м3/мин; η0 — объемный к. п. д. силового гидроцилиндра; D — внутренний диаметр гидроцилиндра, м; d — диаметр штока гидроцилиндра, м.

Для гидростоек механизированной крепи агрегата время на закрепление и подготовку к работе органов перемещения находится из выражения

' "

tз.о = h1 / vс+ h1/ vс.

' "

где h1 — ход штока гидростойки, м; vс и vс

гидростойки, м/мин.

— соответственно скорости опускания и подъема

Время на замену режущего инструмента Тз.и определяется нормативами расхода резцов и временем на замену одного резца. Для наиболее распространенных резцов, выпускаемых нашей промышленностью, их удельный расход nуд (шт/т) составляет:

На мягких углях (А ≤ 150 кН/м) nуд = 0,005—0,01

На углях средней крепости (A≤250 кН/м).... nуд = 0,01—0,1

На крепких и весьма крепких углях (А≥250 кН/м) nуд = 0,1—0,25

Тз.и = Qц nуд tр = mBLγnудtр,

где Qц — количество угля, добываемого за один цикл, т; tр — время на замену одного резца, мин.

Время, затрачиваемое на устранение неполадок и неисправностей механизированного комплекса (агрегата) Ту.н зависит от его надежности, которая характеризуется коэффициентом готовности Кг

Ту.н = L ((1 / Кг) - 1)/ vп

Время производительной работы комплекса (мин) за цикл равно T=L/vn.

Время производительной работы фронтального агрегата за цикл (мин) равно Т=lф/vф.

Учитывая эти выражения получим следующие формулы для определения коэффициента технически возможной непрерывности работы комплекса и агрегата:

КТ =

1 + Т к. о + Т К г

1

м. о

L

+ Т з. и

КТ. Ф =

1 + Т к. о

+ Т м. о

+ Т з. и

К г lф

где lф = lш — путь, проходимый исполнительным органом агрегата за цикл, м.

Эксплуатационная производительность — это фактическая производительность очистного комбайна, комплекса (агрегата). Она зависит от степени использования технических возможно- стей очистного комплекса (агрегата) в конкретных условиях эксплуатации. При определении эксплуатационной производительности учитываются потери времени на выполнение вспомо- гательных операций и техническое обслуживание, а также потери времени, связанные с организационными неполадками на участке. Эксплуатационная производительность всегда меньше технической и определяется по формулам:

для очистного комбайна и механизированного комплекса

Qэ= QфлКэ= 60mBvnγKэ

для фронтального агрегата

Qэ.ф= QфрКэ= 60mLvфγКэ,

где Кэ —коэффициент непрерывности работы комплекса (агрегата) в процессе эксплуатации в конкретных условиях.

Кэ= Т/(Т + Тв.о + Тэ.о).

Или: для механизированного комплекса

для фронтального агрегата

К э =

1 + Т в. о + Т

L

n

К э. ф =

1 + Т в. о + Т

lф

ф

где Тэ.о — затраты времени на эксплуатационные простои, связанные с организационно- техническими неувязками и условиями эксплуатации, мин.

Тэ.о = tв + tб.в + tо.з + tн.п

где tв ≤90 мин — время, затрачиваемое на обмен вагонеток у погрузочного пункта за один цикл; tб.в = 25÷40 мин — время на буровзрывные работы в лаве за цикл (при подготовке ниш, при производстве взрывных работ для ослабления угольного пласта); tо.з = 20÷30 мин — время на оформление забоя, установку временной крепи, уборку угля и породы, упавших на комбайн и почву у забоя; tн.п = 20÷25 мин — непроизводительные потери времени, связанные с отсутствием порожняка, электроэнергии, остановкой транспорта на участке. Величины перечисленных затрат времени получены на основании хронометражных наблюдений, для узкозахватной выемки они меньше, чем для широкозахватной.

В общем случае потери времени на эксплуатационные операции и простои определяются по формуле

Тэ.о= tэ + tо,

где tэ — затраты времени на горно-эксплуатационные операции (подготовка пласта, забоя, установка временной крепи, буровзрывные работы и др.); tо — затраты времени на организационно - технические простои (отсутствие электроэнергии, порожняка и т. п.), мин.

tо =

L æ 1

çç

ö

-1÷÷

vn è К э. о ø

где Кэ.о = 0,8÷0,9— коэффициент, учитывающий эксплуатационно-технические простои.

Рис. 24.1. Зависимость теоретической 1, технической 2 и эксплуатационной 3 производительности очистного комбайна от скорости подачи

Зависимость теоретической, технической и эксплуатационной производительности от скорости подачи очистного комбайна может быть выражена графически (рис.24.1).

Сменная эксплуатационная производительность (т/смену) механизированного комплекса (агрегата) рассчитывается по формуле

Qэ.см = (Тсм - tп.з.о)Qэ,

где Тсм — продолжительность рабочей смены, ч; tп.з.о — время на подготовительно- заключительные операции. По данным хронометражных наблюдений tп.з.о = 0,5 ч.

Сменное подвигание забоя (м) определяется по формуле

Qсм = Qэ.смВ / Qп = Qэ.см/ mLγ.

Производительность проходческого комбайна может выражаться количеством горной массы, извлеченной в единицу времени, или расстоянием подвигания забоя выработки в единицу времени. Производительность проходческого комбайна зависит от его конструктивных параметров, горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации, степени использования комбайна во времени, организации труда в забое и других факторов.

Теоретическая производительность комбайна с исполнительным органом непрерывного действия (типа ПК-8) определяется по формулам:

Q = 60 vмS γ,

Qn= Q / S γ = 60vм

где Q и Qn — теоретическая производительность, соответственно т/ч и м/ч; S — сечение проводимой выработки вчерне, м2; vм — максимально возможная скорость подачи комбайна, м/мин; γ — плотность добываемой горной массы в массиве, т/м3.

Теоретическая производительность комбайна с исполнительным органом цикличного действия определяется по формулам:

Q = 3600 mBvп.мγ,

Qn= Q / S γ = 3600 mBvп.м / S,

где т — высота вынимаемого слоя горной массы при поперечном перемещении коронки в процессе работы, м (для рабочего органа, выполненного в виде усеченного конуса, высота выни- маемого слоя принимается равной среднему диаметру конуса); В — максимальная глубина захвата рабочего органа (заглубление в массив забоя), м; vn.м — максимально возможная скорость поперечного перемещения рабочего органа, м/с.

Техническая производительность проходческого комбайна с исполнительным органом непрерывного действия определяется по формуле:

Qт= QKТ = 60 S vмγ KТ,

Qт.п = 60vмКТ,

где Qт и Qт.п — техническая производительность, соответственно т/ч и м/ч; КТ — коэффициент технически возможной непрерывности работы комбайна.

КТ= Т/(Т + Тпр),

где Т — время производительной работы комбайна, мин; Тпр — время простоев комбайна, мин.

Если отнести Т и Тпр к 1 м проводимой выработки и учесть коэффициент готовности (Кг = 0,7÷0,9) проходческого комбайна, формула примет вид

КТ =

где Lв — длина пройденной выработки, м.

Lв = nд n /100 S nу γ,

где nд — допустимый процент износа резцов (включая их поломки и потери), не нарушающий нормальную работу комбайна nд = 20÷30 %; n — общее количество резцов на исполнительном органе; nу — удельный расход резцов, шт/м3, принимается в зависимости от коэффициента крепости породы (при f = 0,7÷1,0 nу = 0,005÷0,01; при f =1,0÷1,5 пу = 0,01÷0,1; при f ≥ 2 nу = 0,1÷0,25).

Подставив значение Lв в формулу, получим

КТ =

1 100 SnygТ пр

+ vм

К г пд п

Время простоев Тпр складывается из затрат времени на не совмещенные маневровые операции Тм.о и времени на замену инструмента Тз.и:

Тпр = Тм.о +Тз.и

Если для замены инструмента необходимо отодвигать от забоя рабочий орган или машину, то Тм.о = 2а/vм.м, где а — расстояние от забоя, на которое отодвигается комбайн или рабочий

орган, м; vм.м — маневровая скорость подачи комбайна или скорость отвода рабочего органа от забоя (например, гидроцилиндром), м/мин.

Для комбайнов с шагающей подачей, работающих с распором, необходимо, кроме того, учитывать потери времени на освобождение от давления t1 и распор t2 домкратов распорной балки, а также время перемещения распорной балки t3на величину хода домкратов комбайна lд, м, т. е.

Тм.о= (2а /vм.м) +(t1+ t2 + t3)п

где п — число перестановок распорной балки на длину Lв, п = Lв / lд. Обычно t1+ t2 ≤ 0,l мин, a t3 = lд/vм.м, тогда

Тм.о=(2а / vм.м)+ Lв (0,1+(lд / vм.м))/lд

Затраты времени на замену инструмента, мин

Тз.и= Lв S пу tр, где tр — среднее время на замену одного резца, мин.

Техническая производительность комбайна с исполнительным органом цикличного действия рассчитывается по формулам:

QT= 3600 m B vмγKТ

Qт.п= 3600(m B / S) vп.мКТ,

где KТ — коэффициент непрерывности работы комбайна.

КТ =

60 Т v

1 + пр п. м

КТ Lи. о

где Lи.о — путь, пройденный исполнительным органом за его рабочий цикл, м.

За рабочий цикл следует принимать путь исполнительного органа между двумя последовательными подачами комбайна на забой на величину захвата.

Для комбайна со стреловидным исполнительным органом (типа ГПК)

bн + bв

- dк

æ b + b ö

Lи. о = Н в

= Н в çç

2 è

н в

2 dк

-1÷÷

ø

где bн и bв — ширина нижнего и верхнего оснований выработки, м; dк — средний диаметр рабочего органа, выполненного в виде усеченного конуса, м (dк= m); Нв — высота проводимой выработки, м.

Время маневровых операций для комбайна со стреловидным исполнительным органом на гусеничном ходу, мин

Тм.о =Тп.к + tм.о'+ tз.и,

где Тп.к — затраты времени на подачу коронки на забой на величину захвата В, мин. Тп.к = В/vм, где vм — максимальная скорость подачи комбайна на забой, м/мин; tм.о' —удельные затраты времени на маневровые операции, связанные с отодвиганием комбайна от забоя для замены изношенных резцов, мин.

tм.о' = 200 (Lи.оm В пуа) / nд n vм

tз.и — затраты времени на замену резцов, отнесенные к одному рабочему циклу, мин,

tз.и= Lи.о m В пу tр

где tp — среднее время замены одного резца, мин.

Эксплуатационная производительность проходческого комбайна определяется по формулам:

Qэ= Q Kэ,

Qэ.n= QnKэ,

где Qэ и Qэ.n — эксплуатационная производительность, соответственно т/ч и м/ч; Кэ— коэффициент непрерывности работы, учитывающий все виды простоев, имеющих место при работе проходческого комбайна.

Для комбайнов с исполнительным органом непрерывного действия

К э =

1 + Т К г

пр + Т Lв

м

Для комбайнов с исполнительным органом цикличного действия

К э =

1 +60 Т пр + Т К г Lв

о. п

vп. м

где То.п — время простоев по организационно-техническим причинам, мин.

Контрольные вопросы

1. Факторы, от которых зависит производительность очистных и горнопроходческих комбайнов, комплексов и агрегатов.

2. Определение технической производительности комбайнов и комплексов.

3. Определение технической производительности агрегатов.

4. Определение эксплуатационной производительности комбайнов и комплексов.

5. Определение эксплуатационной производительности агрегатов.

6. Понятие о коэффициенте готовности комбайна (комплекса).

7. Понятие о коэффициенте технически возможной непрерывности работы комбайна (комплекса).

8. Определение времени производительной работы комбайна (комплекса) и времени простоев.

Литература

1. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.М. горные машины и автоматизированные комплексы. М.: Недра

2. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы. М.: Недра

3. Клорикьян С.Х. и др. Машины и оборудование для шахт и рудников: М, МГГУ 2002.