Теория горных машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Теория горных машин

1. Виды производительности горных машин

Производительность горной машины - определяется количеством производимой ею продукции в единицу времени (час, смену, год) и выражается в единицах: весовых (т/ч), объемных (м³/ч), квадратных (м²/ч) или линейных (м/ч). Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность горных машин.

Теоретической (или конструктивной) производительностью - считают расчетную производительность Q_p горной машины при максимальном использовании всех ее конструктивных возможностей. Теоретическая производительность определяется за час непрерывной работы машины при расчетных параметрах и фиксируется в паспорте и заводской характеристике горной машины.

Техническая производительность - горной машины Q_T определяется в данных конкретных условиях работы машины при совершенной организации всех смежных процессов. Она вычисляется аналогично теоретической, но с учетом коэффициентов неполноты использования теоретических параметров. При этом, например, для погрузочных машин исходят из возможного фактического числа циклов работы машины (n) с учетом коэффициентов наполнения ковша (k_н), т.е. отношения теоретической емкости ковша (V, м³) к действительному объему зачерпываемой породы и коэффициента разрыхления породы (k_р):

, м³/ч

Эксплуатационная производительность Q_э - это действительная производительность, которая фактически достигается горной машиной в конкретных условиях. Эксплуатационная производительность определяется аналогично технической, по с учетом коэффициента использования машины во времени k_и - в течение часа, смены, года:

где Т - длительность смены, ч.

Коэффициентом использования машины во времени учитывают неравномерность ее работы, включая подготовительно-заключительные операции и различного рода простои по организационным причинам. Этот коэффициент определяется отношением чистого времени работы горной машины за рассматриваемый период к длительности этого периода (час, смена, год). Эксплуатационная производительность при благоприятных условиях работы и применении передовых методов эксплуатации оборудования может превышать теоретическую.

При эксплуатации горных машин должно быть обеспечено бесперебойное снабжение их энергией, топливом, водой, смазочными и обтирочными материалами. Наряду с этим горные машины должны периодически осматриваться и ремонтироваться, чтобы гарантировать их исправную работу и минимальный износ деталей. Ремонт горных машин производится в соответствии с инструкциями завода-изготовителя и графиками планово-предупредительных ремонтов (ППР), разрабатываемыми для каждого типа горных машин. Это даст возможность заранее изготовлять необходимые запасные части и материалы, а также производить расчет необходимых трудовых затрат для ремонта и планировать исключение из работы горных машин на время ремонта. Различают межремонтные осмотры, текущий и капитальный ремонты.

Межремонтные осмотры и смазка производятся систематически в процессе эксплуатации горных машин. При этом проверяются крепление основных узлов и исправность оборудования, производится замена отдельных деталей, не требующая длительного простоя оборудования, выполняются несложная регулировка механизмов, а также смазка соответствующих узлов и деталей.

Текущий ремонт является наиболее простым видом ремонта и обычно производится непосредственно на месте работы горной машины через межремонтный период, определяемый графиком планово-предупредительных ремонтов (ППР). При этом горная машина разбирается лишь частично для очистки ее и замены отдельных износившихся деталей заранее изготовленными запасными деталями.

Капитальный ремонт машины является наиболее сложным видом ремонта и производится в условиях специализированных мастерских или завода. При этом горная машина или комплекс должны быть отремонтированы так, чтобы они по своим качествам полностью соответствовали вновь изготовленным. Время между капитальными ремонтами называется ремонтным циклом и исчисляется в часах рабочего времени, включая полностью время всех рабочих смен.

2. Основные показатели качества и надежности горных машин

Для обеспечения безаварийной работы с минимальными простоями горные машины должны обладать высоким качеством, т.е. совокупностью свойств, обусловливающих их пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с их назначением. Количественную характеристику одного или нескольких свойств горных машин, составляющих их качество, рассматриваемую применительно к определенным условиям эксплуатации, называют показателем качества.

Основными показателями качества горных машин являются надежность, технологичность, транспортабельность, стандартизация и унификация, безопасность, эргономика, экологика и эстетика.

Надежность машины - это свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является сложным свойством, которое состоит из сочетаний свойств: безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости.

Безотказность - свойство горной машины сохранять работоспособность (выполнять заданные функции) в течение некоторой наработки (продолжительности работы) без вынужденных перерывов. Показателем безотказности является вероятность p(t) безотказной работы машины в течение заданного времени t:

p(t) = е^-лt

где л=1/Tот - интенсивность отказов (событий, вызывающих нарушение работоспособности), ч^-1;

Тот - наработка на отказ, определяющая среднее значение наработки машины между отказами, r:

Тот = t/n,

где t - время работы машины, ч;

п - число отказов за это время.

Ремонтопригодность - свойство машины к предупреждению и обнаружению причин возникновения повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность характеризуется средней продолжительностью восстановления отказа Твоc (время устранения неисправности). Коэффициент ремонтопригодности

k_рем=Твос/(Тот+Твос).

Долговечность - свойство горной машины сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при принятой системе технического обслуживания и ремонтов. К показателям долговечности относятся срок службы между капитальными ремонтами и срок службы до списания машины.

Сохраняемость - свойство горной машины сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение хранения и (или) транспортирования и после.

Комплексным показателем надежности является коэффициент готовности k_г, который характеризует две ее составляющие - безотказность и ремонтопригодность:

k_г = Т от/(Т от + Твос).

Эргономические показатели характеризуют взаимосвязь человек - машина и учитывают комплекс гигиенических, антропологических, физиологических и психологических свойств человека, проявляющихся в производственных процессах.

Эстетические показатели определяют информационную выразительность, рациональность формы и другие критерии.

Показатели стандартизации и унификации характеризуют насыщенность машины стандартными и унифицированными частями, узлами и целыми агрегатами, что позволяет комплектовать машины различных типоразмеров из однотипных частей и агрегатов, повысить надежность машины, снизить трудоемкость изготовления и стоимость ремонта.

Показатели безопасности характеризуют особенности горной машины, обусловливающие при ее эксплуатации безопасность обслуживающего персонала.

Горные машины оценивают комплексным показателем качества, который характеризует несколько их свойств (параметров). Относительную характеристику качества машин, основанную на сравнении комплексных показателей с соответствующими базовыми показателями, называют уровнем качества.

Базовый показатель качества эталона-машины, имеющей наиболее высокие достигнутые параметры, - это такой показатель, который принят за исходный при сравнительных оценках качества. Если уровень качества эталона-машины с базовыми показателями принять равным единице, то уровень качества сравниваемых практически существующих машин будет меньше единицы.

Показатели качества могут быть заданы абсолютными или относительными величинами. Абсолютные величины показателей качества выражают количественно в натуральных единицах измерения (т, м³, кВт). Они приемлемы при сравнении машин, сходных по конструкции и с одинаковыми основными параметрами. Относительные величины показателей качества выражают отношение абсолютных показателей к значению основного параметра сравниваемых машин одного вида (например, вместимость кузова вагонетки, мощность двигателя привода). Использование относительных показателей качества позволяет сравнивать однотипные горные машины с различными значениями основных параметров, но различных типоразмеров.

3. Основные физико-механические свойства горных пород

Методы и способы их оценки

Знание физико-механических свойств горных пород является главным и необходимым условием при выборе типа горной машины, расчете и обосновании оптимальных режимных параметров её работы. К основным физико-механическим характеристикам горных пород, определяющим условия и возможности работы горных машин, относятся прочность, крепость, твердость, вязкость, абразивность и др. Кроме того, применительно к разрушению углей исполнительным органом комбайна имеется комплексный показатель оценки их прочностных свойств - сопротивляемость резанию.

Прочность - свойство горных пород воспринимать воздействие механических, термических, электрических и других нагрузок, не разрушаясь. Основными показателями, характеризующими прочность горных пород, являются пределы прочности на сжатие д_сж, растяжения д_р и сдвиг д_сдв. Эти показатели применительно к углю имеют примерно следующие соотношения д_сж: д_р: д_сдв = 1: 0.3: 0.1. Наиболее выгодно с позиции энергоемкости разрушения в подрезцовом пространстве создавать напряжения растяжения или сдвига, нежели сжатия. Это осуществляется выбором соответствующей формы резца, оптимального угла резания, конструкции резца и исполнительного органа. Так, при углах резания меньших 90° в подрезцовом пространстве формируются в основном напряжения сдвига и растяжения, увеличение угла влечет за собой переход к напряжению сжатия. Прочность углей при одноосном сжатии колеблется в значительных пределах - от 1 МПа у бурых углей до 35 МПа - у антрацитов. При объемном напряженном состоянии прочность угля значительно возрастает.

Крепость - сопротивляемость горных пород объемному разрушению. В горной практике наиболее широко используется классификация пород по крепости, предложенная проф. М.М. Протодьяконовым (старшим). Все горные породы разделяются на 10 категорий и оцениваются коэффициентом крепости f от 0.3 (плывуны) до 20 (крепкие и вязкие базальты). Коэффициент крепости - относительная величина. За единицу крепости (f=l) была принята порода, временное сопротивление одноосному сжатию которой составляет 10 МПа. При оценке крепости М.М. Протодьяконов исходил из условия, что разрушение происходит в основном посредством преодоления сопротивляемости пород на сжатие. М.М. Протодьяконовым (младшим) был предложен экспериментальный метод определения коэффициента крепости, основанный на относительной оценке работы на дробление пород (ГОСТ 21153.1-75). В целом метод оценки крепости пород по М.М. Протодьяконову не учитывает разнообразия разрушающих способов воздействия на забой и формируемых в подрезцовом пространстве напряжений, влияние давления боковых пород и отжима угля, насыщенности угля газом и ряда других факторов. Поэтому, наряду с коэффициентом крепости, в горной практике используется показатель трудности разрушаемости пород, учитывающий сжимающие, растягивающие и скалывающие усилия, показатели буримости, дробимости, экскавируемости и т.п. Для оценки крепости угля при разрушении его режущим инструментом необходим специальный и более точный показатель, учитывающий влияние всех побочных факторов.

Твердость - свойство пород оказывать сопротивление при местном контактном воздействии. Имеются методы оценки твердости по Бринеллю, Роквеллу, Шору и т.д. Применительно к горным породам чаще используются показатели контактной прочности, которые определяются по методу Л.И. Барона и Л.Б. Глатмана путем вдавливания в породу цилиндрического индентера диаметром 2-5 мм. По величине контактной прочности (Рк), измеряемой в МПа, горные породы разделяются на шесть категорий: слабые (до 400 МПа), ниже средней крепости (400-650 МПа), средней крепости (650-1250 МПа), крепкие (1250-2450 МПа), очень крепкие (2450-4500 МПа), крепчайшие (более 4500 МПа). Показатели твердости наиболее часто применяются при оценке возможности использования буровых машин, шарошечного инструмента и т.д.

Классификация пород по контактной прочности

горный порода производительность

Хрупкость - способность горных пород разрушаться без предварительной пластической деформации. В основе явления хрупкости лежит неоднородность структуры материала и возможность развития в нем хрупкой трещины, на остром кончике которой формируются значительные концентрации напряжений, поэтому разрушение, как правило, происходит мгновенно при сравнительно невысоком уровне нагрузок. Хрупкость пород можно оценить коэффициентом хрупкости Кхр, определяемым как отношение удельной энергии упругой деформации к величине удельной энергии разрушения пород при одноосном сжатии. Идеально пластичные и хрупкие породы имеют соответственно 1 коэффициент хрупкости, равные Кхр =0 и Кхр =1.0. Более просто хрупкость углей и пород можно оценить по величине развала борозды при проведении в массиве единичного пробного реза. Больший угол развала борозды, измеряемый от вертикали до плоскости фактического ее значения, характеризует большую хрупкость угля. Этот показатель используется при формировании схемы набора резцов в исполнительном органе, при расчетах нагрузки на исполнительном органе комбайна. Большинству углей свойственна повышенная хрупкость. При разрушении хрупких углей можно использовать более разряженные схемы набора резцов в исполнительном органе комбайна, тем самым снижая энергозатраты на разрушение.

Абразивность - способность породы изнашивать контактирующие с породой твердые тела (индентеры). Зависит в основном, от прочности, размеров и формы минеральных зерен, слагающих породу, и является основным показателем, по которому нормируется расход породоразрушающего инструмента. Существует методика оценки абразивности, разработанная Л.И. Бароном и А.В. Кузнецовым. В основу оценки степени абразивности положена потеря массы прутка стали-серебрянки, вращающегося с частотой 400 мин^-1 в контакте с испытуемой породой (при усилии прижатия в 150 Н). Оценка показателя абразивности породы производится в мг за время испытания продолжительностью в 10 мин. Установлено 8 классов абразивности пород: малоабразивные - до 5 мг (мрамор, глинистые сланцы), в высшей степени абразивные - более 90 мг (корундосодержащие породы, порфит, кварцит, гранит и др.).

Сопротивляемость угля резанию - наиболее обобщенный показатель оценки крепости углей, используемый для выбора возможности применения определенного типа комбайна и расчета нагрузок на рабочем органе машины. Определяется непосредственно в забое специальным режущим инструментом с учетом влияния на крепость углей дополнительных факторов таких, как отжим угля, насыщение его газом и т.д. Методика разработана в ИГД им А.А. Скочинского А.И. Бероном и Е.З. Позиным. Возможна оценка сопротивляемости резанию с помощью струговой установки ДКС, либо динамометрического сверла СДМ-1.

Литература

1 Агошков М.Я., Борисов С.С, Боярский В.А. Разработка рудных и нерудных месторождений. М., Недра, 2003.

2. Баранов А.О. Расчет параметров технологических процессов подземной добычи руд. М., Недра, 2005.

3. Барите Е.Г. Взрывные работы на подземных рудниках. М., Недра, 2005.

4. Борисов С.С, Клоков М.Я., Горновой Б.А. Горное дело М Мир, 2008.

5. Вороновский К.Ф., Пухов Ю. С, Шелоганов В.И. Горные, транспортные и стационарные машины. М., Недра, 2005.

Размещено на Allbest.ru