конспект эл.транспорт. эл.транспорт конспект. Лекция транспортные установки, грузы и грузопотоки
 Скачать 4.36 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Подземный транспорт рудников и шахт является важнейшим элементом технологии разработки полезных ископаемых. На долю транспортной составляющей в себестоимости добычи полезных ископаемых подземным способом в среднем приходится 30 %, в зависимости от условий транспортирования. Вопросы подземного транспорта не могут рассматриваться изолированно от способов вскрытия, подготовки месторождения и систем разработки. В свою очередь, вопросы теории, расчета, а также принципы работы транспортного оборудования можно отнести к дисциплинам механического цикла. Таким образом, подземный транспорт по своей сущности можно отнести как к технологии ведения горных работ, так и к механизации транспортирова- ния горных пород. Базовыми дисциплинами, знание которых необходимо для изучения кур- са «Горнопромышленный транспорт» являются: теоретическая механика, со- противление материалов, электротехника, основы горного дела. С учетом того, что конспект лекций предназначается для технологов, особое внимание уделяется монтажу и безопасной эксплуатации транспортных машин и установок. Дисциплина «Горнопромышленный транспорт» охватывает транспорт горных предприятий открытых и подземных разработок. В рамках этой дисци- плины учебное пособие «Горнопромышленный транспорт. Подземный транс- порт рудников и шахт» предназначено для студентов высших учебных заведе- ний, обучающихся по специальности направления подготовки дипломирован- ных специалистов 130400 – «Горное дело». Лекция 1. ТРАНСПОРТНЫЕ УСТАНОВКИ, ГРУЗЫ И ГРУЗОПОТОКИ 1.1.Транспортные установки, грузы и грузопотоки По принципу действия и конструктивным признакам транспортные уста- новки делятся на две группы: непрерывного действия – груз движется непрерывным потоком; периодического действия – груз перемещается порциями по определен- ному циклу. Рис. 1.1. Классификация средств транспорта по принципу действия и конструктивным признакам Классификация средств транспорта по принципу действия и конструк- тивным признакам приведена на рис. 1.1. Классификацией по принципу действия пользуются при расчете произво- дительности средств транспорта; по конструктивным признакам – при изучении конструкций транспортных машин и установок. В пределах каждого конструктивного вида имеется параметрический ряд машин, различающихся по производительности, мощности и размерам. Параметрическим рядом машин называется последовательность число- вых значений основного параметра того или иного оборудования. Основным параметром для вагонеток принят объем их кузовов, для локо- мотивов – сцепной вес, для конвейеров – ширина транспортирующего полотна и т. д. Параметрический ряд, дополненный конкретными размерами и характе- ристиками машин, называется размерным рядом или типажом машин. 1.2. Характеристика транспортируемых грузов Транспортные средства горного предприятия перемещают насыпные (массовые) и единичные (штучные) грузы. Разрыхленная руда, уголь, пустая порода и закладочные материалы отно- сятся к насыпным грузам. Оборудование, элементы крепления, материалы в ящиках или контейне- рах и жидкости в резервуарах относятся к единичным грузам. Люди, переме- щаемые по выработкам транспортными средствами, относятся к особым гру- зам, требующим обеспечения удобств и полной безопасности. Единичные грузы характеризуются размерами, массой, формой, пожаро- или взрывоопасностью. Насыпные грузы характеризуются кусковатостью, плотностью, крепостью, абразивностью, углом естественного откоса и другими свойствами. Кусковатостью или гранулометрическим составом называется количе- ственное распределение горной массы по крупности кусков (по фракциям). Горная масса считается: – крупнокусковой при наличии кусков размером более 300 мм в попереч- нике; – средней кусковатости – при размере кусков 100-300 мм; – мелкой – при 10-100 мм; – зернистой – при 0,5-10 мм; – пылевидной – при размере кусков меньше 0,5 мм. Плотность у разрыхленной горной массы (насыпная плотность) – это отношение массы вещества к его объему, т/м 3 ; плотность руды составляет 1,8-2,8 т/м 3 , пустой породы – 1,5-1,8 т/м 3 , угля – 0,9-1,2 т/м 3 Коэффициент разрыхления k раз равен отношению объемов горной поро- ды в разрыхленном состоянии V раз и в целике V ц при одинаковой массе: – для скальной горной массы (руды) k раз = 1,1-1,8; – для пустых пород (песка, щебня) k раз = 1,1-1,3. Крепость горных пород оценивается обычно коэффициентом крепости f к по шкале проф. М. М. Протодьяконова. Например, скальная горная масса, со- стоящая из наиболее крепкой породы, имеющей f к = 16-20; для угля коэффици- ент крепости составляет 1,5; для пустой породы (известняки, песчаники) 3-4. А бразивность – свойство горной массы, выражающееся в способности изнашивать контактирующую с ней поверхность в процессе трения. В ИГД им. А. А. Скочинского разработана классификация горных пород по показате- лю абразивности. Все горные породы разделены на восемь классов абразивно- сти. Малоабразивные породы (известняки, мягкие сланцы) имеют показатель абразивности 5 мг, самую высокую абразивность имеет корунд – 90 мг. Кварце- вые песчаники, граниты имеют показатель абразивности 30-40 мг. Абразивность зависит от твердости, формы и размеров частиц горной массы. Угол естественного откоса – это угол наклона боковой поверхности горной массы к горизонту. Угол естественного откоса μ зависит от грануломет- рического состава, влажности, формы и размеров частиц горной массы. Для ан- трацита μ = 35-45°, для руды 50-60°, для пустых пород (известняк, сланец) μ = 40-45°. 1.3.Грузопотоки Насыпные грузы образуют основной грузопоток горного предприятия. Свойства их оказывают большое влияние на выбор того или иного транспорт- ного средства, конструкцию и на технико-экономические показатели работы. Величина грузопотока значительно изменяется во времени, что приводит к недогрузке (перегрузке) средств транспорта в отдельные периоды работы. Степень неравномерности грузопотока характеризуется коэффициентом неравномерности K н , величина которого изменяется в широких пределах в за- висимости от различных факторов – технических, технологических, организа- ционных и других – и выбирается на основании статистических данных или определяется расчетом. Наибольшей неравномерностью характеризуются грузопотоки из подго- товительных забоев и на выемочных участках, наименьшей – в магистральных выработках и околоствольных дворах. Максимальная величина часовых грузопотоков в магистральных выра- ботках крупных угольных шахт достигает 3500 т/ч, а рудных – 2500 т/ч, что требует применения различных по производительности средств транспорта.Лекция 2. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 2.1.Сила тяги и сопротивления при перемещении грузов В транспортных установках с установившимся движением грузов тяговое усилие расходуется на преодоление сопротивлений, возникающих при переме- щении грузов по прямому горизонтальному пути, и на подъем груза при нали- чии разных уровней в начале и конце пути. При перемещении сосредоточенного груза скольжением по почве гори- зонтальной выработки (рис. 2.1, а) сила тяги, Н F = Gf, (2.11) где G – вес груза, Н; f – коэффициент трения скольжения. При перемещении сосредоточенного груза качением по рельсам или поч- ве выработок (рис. 2.1, б) сила тяги, Н F = Gω, (2.12) где ω – коэффициент ходового сопротивления. Рис. 2.1. Силы, действующие на груз при движении по горизонтальной выработке: а – волоком; б – на колесах; в – конвейером Коэффициенты трения скольжения и ходового сопротивления (Н/Н) определяются из отношения f = ω = F/G = W/R, т. е. равны отношению силы тя- ги F к весу груза G или отношению основных сопротивлений W к нормальной реакции силы R. Однако физическая сущность f и ω различна, так как f зависит от состоя- ния трущихся поверхностей, а ω – от типа колес, дорожного полотна, типа смазки подшипников и т. д. Коэффициенты ходового сопротивления и трения определяются экспери- ментально. В том случае, если ω имеет размерность Н/кН, его называют удель- ным ходовым сопротивлением. При перемещении распределенного по длине груза качением (рис. 2.1, в) сила тяги, Н F = qLω, (2.13) 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 β будет зависеть от направления движения. При движении вверх (рис. 2.2) вес G разложим на составляющие – про- дольную T и нормальную N. Пользуясь правилом теоретической механики, по которому сумма проекции всех сил на траекторию движения равна нулю (по- ложительные силы направлены в сторону движения груза), составим уравнение F – T – W = 0, отсюда F = W +T = ωN + Gsin β = ωGcos β + Gsin β = G(ωcos β + sin β). (2.14) а б Рис. 2.2. Силы, действующие на груз при движении по наклонной выработке: а – на колесах вверх; б – на колесах вниз При движении вниз (рис. 2.2, б) уравнение равновесия сил F = T – W = 0, откуда F = G(ωcos β – sin β). (2.15) Объединяя оба случая вместе, имеем, Н: F = G(ωcos β ± sin β), (2.16) где «плюс» соответствует подъему груза, а «минус» – спуску. В том случае, если наклон выработки незначителен (β < 6°), можно допу- стить, что cos β ≈ 1, sin β ≈ tg β = h / L = i. Тогда для установок с сосредоточенным грузом, Н F = G(ω ± i). (2.17) Об одинаковом физическом смысле коэффициента ходового сопротивле- ния ω 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 = 0, следовательно, ωcos β – sin β = 0. Отсюда коэффициент ходового сопротивления sin cos tg h i , (2.18) L где h – разность высот, м; L – горизонтальная проекция наклонного пути, м. Уклон пути, выраженный в промиллях (м/км), имеет значение i = 1000h / L и обозначается знаком . 2.2.Сила тяги и сопротивления гидротранспорта Передача движения сыпучей горной массе посредством жидкой рабочей среды используется в гидравлическом транспорте. В таких установках горная масса находится во взвешенном состоянии в жидкой 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 или трубам самотеком, и напорным, в котором пульпа перемещается по трубам напором, образуемым насосом или землесосом. 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 ко- торой частицы данной крупности и данной плотности остаются в трубе во взвешенном состоянии. Схема сил, действующих на частицу материала, показана на рис. 2.3, из которой видно, что G = F + W, (2.19) где G – вес твердой частицы, Н; F – выталкивающая сила по закону Архиме- да, Н; W – сопротивление перемещению частицы, Н. Если принять для простоты, что твердая частица имеет форму шара, то а 3 а 3 а 2 2 м о о ν кр , 6 6 4 g Рис. 2.3. Схема сил, действующих на ча- стицу материала Отсюда находим где a – приведенный диаметр шара, см; γ м – плотность материала, г/см 3 ; γ о – плотность воды, г/см 3 ; λ – коэффициент гидравлических со- противлений, зависящий от формы и состояния поверхности частицы и трубы; ν кр – критическая скорость, м/с. ν кр (2.20) Для частиц неправильной формы приведенный диаметр a где V к – объем куска, см 3 1,24 3 V k , (2.21) 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 землесоса, м: h м = h в + h н + h вр , (2.22) где h в – высота всасывания, м; h н – высота нагнетания, м; h вр – напор, затрачи- ваемый на преодоление вредных сопротивлений, м. Вредные сопротивления состоят из сопротивлений трения пульпы о стен- ки трубопровода и местных сопротивлений (колена, задвижки, клапаны и т. д.). Напор, расходуемый на преодоление трения пульпы о стенки трубы, где d тр – диаметр трубы, см. h тр L d тр v 2 кр , (2.23) 2g Напор, расходуемый на местные сопротивления, h с 1 v 2 кр , (2.24) 2g где ε – коэффициент местных сопротивлений в частях трубопровода (колено, задвижка, клапан); n – число последовательно установленных местных сопро- тивлений. Величина напора пульпы, м: h h п , (2.25) м о где γ п – плотность пульпы, кг/см 3 Выразим d тр через гидравлический радиус R, равный отношению площа- ди поперечного сечения потока к смоченному периметру. При заполнении все- го сечения трубы пульпой гидравлический радиус 2 R тр d тр , (2.26) 4 d тр 4 откуда d тр = 4R. Решая полученное уравнение относительно ν, находим ν кр Ri. Обозначая = с, получаем известную в гидравлике формулу Шези: ν кр с Ri. (2.27) 2.3.Мощность двигателя привода Режим работы всех транспортных установок периодического и непре- рывного действия характеризуется переменными в течение цикла и смены нагрузками. Примерные нагрузочные диаграммы двигателей таких установок изображены на рис. 2.4. Выбор двигателя производится по допустимому нагреву обмоток в тече- ние смены. В связи с этим по нагрузочным диаграммам или расчетным данным находят эквивалентное тяговое усилие транспортной установки. Эквивалентным усилием называется такое постоянное усилие при непре- рывной работе привода транспортной установки, при котором обмотки двига- теля нагреваются до такой же температуры, как и при действительном режиме работы. Рис. 2.4. Диаграммы длительного режима работы двигателей при нагрузках: а – циклический; б – непрерывный Эквивалентное усилие находится по формуле, выражающей среднюю квадратическую зависимость, Н: F э , (2.28) где F 1 ; F 2 ;…; F n – сила тяги привода, Н; t 1 ; t 2 ;…t n – время действия этих сил, с; θ – время пауз за расчетный цикл, с; k о – коэффициент, учитывающий ухудше- ние условий охлаждения двигателя при остановке транспортной машины (k о = 0,3 для двигателей с самовентиляцией; k о = 0,6 для двигателей с принуди- тельной вентиляцией). Мощность на приводном валу из условия допустимого нагревания обмо- ток двигателя, кВт N = F э v ном / 1000, где v ном – номинальная скорость движения груза, м/с. Расчетная мощность двигателя с учетом потерь в приводе, кВт N р k F э v ном , (2.29) з 1000 где η – коэффициент полезного действия привода (η = 0,9 для привода с меха- ническим редуктором; η = 0,8 с механическим редуктором и турбомуфтой); k з = 1,1-1,2 – коэффициент запаса мощности. При работе двигателя в тормозном режиме, когда F э имеет отрицательное значение, его расчетная мощность по условию нагрева находится по формуле, кВт N k з F э v ном 1000 При передаче движения пульпе мощность двигателя землесоса, кВт: N V п п h , (2.30) 102 з где V п – производительность землесоса, м 3 /с; η з – коэффициент полезного дей- ствия землесоса. В качестве привода транспортных машин (за исключением локомотивов, самоходных вагонов и некоторых других) применяются, главным образом, асинхронные двигатели с жесткой механической характеристикой. Поэтому для защиты тяговых элементов транспортных установок от перегрузок в периоды пуска, а также при экстренном торможении (например, при заклинивании тяго- вой цепи и др.) применяют различные пусковые и предохранительные муфты (со срезными штифтами, дисковые фрикционные, гидромуфты и др.). РАЗДЕЛ I. ЛОКОМОТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ Лекция 3. РЕЛЬСОВЫЕ ПУТИ И ШАХТНЫЕ ВАГОНЕТКИ Локомотивный транспорт является основным видом подземного транс- порта по горизонтальным откаточным выработкам в рудных шахтах. На уголь- ных шахтах I и II категорий по метану или пыли допускаются к эксплуатации контактные электровозы, а в шахтах III категории и сверхкатегорных разреша- ют использовать только аккумуляторные электровозы в исполнении РП. Достоинства локомотивной откатки: – обеспечение максимально возможной производительности шахты; – возможность транспортирования полезного ископаемого, породы и ма- териалов на любые расстояния, связанные с технологией разработки месторож- дения; – высокий коэффициент готовности откатки; – возможность применения для перевозки людей. Недостатки локомотивного транспорта: – ограниченность применения по углам наклона (до 5 ); – цикличность и, как следствие, зависимость производительности от уровня организации откатки. 3.1.Рельсовые пути Рельсовый путь, называемый верхним строением пути, состоит из рель- сов 1, скреплений 2, шпал 3 и балластного слоя 4. Рельсовый путь располагает- ся на почве выработки 5. Рис. 3.1. Элементы рельсового пути Соединенные между собой звенья рельсов образуют нитку рельсового пу- ти, а две параллельные нитки рельсов – рельсовую колею. Во избежание схода с рельсов колеса подвижного состава выполняются с ребордами, входящими внутрь колеи. Внутренние грани головки рельсов, кото- рые удерживают подвижной состав от схода с рельсов и направляют его, назы- ваются рабочими кантами рельсов. Расстояние между рабочими кантами двух ниток рельсов называют шириной рельсовой колеи. Для шахтного транспорта установлена ширина колеи 600, 750 и 900 мм. Откаточные выработки проводятся с уклоном к околоствольному двору. |