Общий расчет главных рабочих механизмов.

Прямая лопата. Расчет подъемного и напорного механизмов машины сводится к определению усилий и скоростей и мощностей подъема и напора (P_под, V_под, N_под, P_нап, V_нап, N_нап), а также кинематических параметров подъема и напора (диаметра и чисел оборотов барабана, передаточных чисел узлов трансмиссии, кратностей полиспастов и т.п.).

Наибольшее усилие в полиспасте подъема ковша P_под можно определить исходя из условия равновесия сил для положения копания на уровне оси напорного вала. Рукоять горизонтальна, подъемный канат расположен вертикально, толщина стружки и Р_к – наибольшее.

Из уравнения моментов сил относительно точки О (рис. 5.20) найдем подъемное усилие P_под.

где – касательная составляющая сопротивления грунта копания, Р_н=φ·P_к – нормальная составляющая сопротивления грунта копанию; к₁ – удельное сопротивление грунта копанию; q_к – вместимость ковша; к_н – коэффициент наполнения ковша; Н – высота копания; к_р – коэффициент разрыхления грунта; φ – коэффициент пропорциональности, равный 0,1-0,6; G_р – вес рукояти; G_к+г – вес ковша с грунтом.

Рис.5.20 Схема для определения усилия подъема ковша прямой лопаты.

Максимальное усилие в полиспасте подъема с учетом динамики при одномоторном приводе по рекомендации Н.Г. Домбровского можно принять равным:

P_{под макс}=1,5·P_под.; (5.20)

Для многомоторного привода:

P_{под макс}=1,3· P_под; (5.21)

Максимальное усилие Р_{п.к.макс}, в канате, наматываемым на барабан подъема будет равно:

Р_{п.к.макс.}= ; (5.22)

где a - кратность полиспаста; η_п - КПД полиспаста.

Скорости подъема ковша V_к в м/с при независимом напоре рекомендуется принимать в зависимости от вместимости ковша q_к; при q_к =0,25-0,65 м³, V =0,5; при q_к =1,0-1,6 м³; при q_к =2-3 м³; V_к =0,8; при q_к =4 м³ и более; V_к =1,0. При зависимом напоре их требуется увеличивать на 10-15%.

Рис.5.21 Схема для определения напорного усилия: I, II, III – расчетные положения ковша.

Потребную мощность подъема ковша определяют по формуле:

N_п= ; (5.23)

Активное напорное усилие Р_нап.а определяют для трех расчетных положений. Первое из них (рис. 5.21) соответствует началу копания, когда рукоять вертикальна, угол наклона стрелы к горизонту α равен 60⁰, сила P_под равна расчетному значению, ковш пустой: отношение =0,5.

Второе расчетное положение соответствует концу копания; при этом рукоять расположена на уровне напорного вала, ковш наполнен грунтом, =0,2. Третье расчетное положение соответствует выдвижению рукояти на полный вылет с подъемом ковша в крайнее верхнее положение, =0, т.е. реакция грунта отсутствует.

Активное напорное усилие можно найти аналитическим путем или графически – построением многоугольника сил, действующих на ковш с рукоятью. На рис. 5.21 приведен графический способ определения напорного усилия для указанных положений. В первых двух случаях напорное усилие должно преодолевать нормальную составляющую сопротивления грунта копанию Р_н и горизонтальную составляющую подъемного усилия. В третьем положении напорное усилие удерживает рукоять с ковшом, наполненным грунтом. На графиках определены напорное усилие Р_нап.а, нормальная реакция в седловом подшипнике N_с и результирующая этих сил R_с.

Для расчета зависимого и независимого напорных механизмов подставляют наибольшее значение Р_нап.а, полученное в двух указанных положениях. По значению Р_нап.а, полученному для третьего положения, рассчитывают тормоза и независимую часть комбинированного напорного механизма. Скорость напора V_н выбирают исходя из условия, чтобы рукоять полностью выдвигалась за время копания:

; (5.24)

где l_х.р – наибольший ход рукояти; t_к – время копания.

Усилие для обеспечения обратного хода рукояти (ее возврата) проверяют только для первого положения. Это усилие должно быть достаточным для втягивания рукояти.

; (5.25)

Обратная лопата. Расчет основных механизмов обратной лопаты сводится к определению тягового усилия Р_тяг и усилия в полиспасте подъема рабочего оборудования Р_под (рис. 5.22).

Толщину стружки принимают такой же как и при оборудовании прямой лопаты. Расчетное тяговое усилие Р_тяг определяют для положения в конце копания, когда на ковш действует максимальное сопротивление грунта копанию, из уравнения моментов сил относительно шарнира – крепления рукояти к стреле (точка А).

; (5.26)

Мощность привода тягового механизма можно определить по формуле:

; (5.27)

где V_тяг –скорость движения тягового полиспаста; η_тяг - КПД тягового механизма.

Усилие в полиспасте подъема рабочего оборудования определяют при том же расчетном положении из уравнения моментов ил, действующих на рабочее оборудование, относительно пяти стрелы (точка Б).

P_под= ; (5.28)

Мощность, расходуемую на подъем лопаты, можно определить из выражения:

N_под= ; (5.29)

где V_под – скорость движения полиспаста подъема стрелы; η_под – КПД механизма подъема.

Рис. 5.22 Схема для определения тягового и подъемного усилий обратной лопаты.

Драглайн. При расчете основных механизмов рабочего оборудования драглайна определяют длину пути наполнения ковша L_н, тяговое усилие P_тяг и подъемное усилие P_{под .} Важным параметром здесь является плечо крепления тяговых цепей l₃, размер которого определяет возможность движения днища ковша параллельно забою. (рис. 5.23).

Длину пути наполнения ковша приближенно можно принять L_н=(3÷5)·L_к.

Величина усилия Р_к при значении k_н=1 составит:

Р_к= ; (5.30)

Для драглайнов нормальная составляющая сопротивления копанию Р_н=Р_к·φ₁, (φ₁ =0,4÷0,6).

Масса ковша драглайна, наполненного грунтом, должна быть не меньше величины Р_н – при этом условии предотвращается выталкивание его из грунта нормальный составляющей:

; (5.31)

Рис.5.23 Схема к определению тягового и подъемного усилий драглайна: а – схема работы драглайна; б – схема сил, действующих на ковш.

Проектируя все силы на направление действия P_ТЯГ и Р_н, находим:

; (5.32)

; (5.33)

где ₁- коэффициент трения днища ковша о грунт.

Из суммы моментов сил, действующих на ковш относительно точки О, после определенных образований находим:

; (5.34)

Мощность, потребная для привода тягового и подъемного механизмов, можно определить из выражений:

; (5.35)

; (5.36)

Расчет поворотного и ходового механизмов канатных экскаваторов аналогичен расчету, приведенному в разделе 5.3.2 для гидравлических экскаваторов.

Дата добавления: 2015-07-20