книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия
..pdfВ третьем случае (ку<1) конструкция опорно-поворотно го устройства должна быть такой, как во втором случае, ли бо обязательно с подхватами. Такой способ уравновешива ния можно допускать только для машин, у которых масса верхнего строения не превышает 200—300 т.
Силу тяжести противовеса определяют для двух поло жений.
По л о же н и е 1. Выход вперед равнодействующей всех сил, действующих на вращающуюся часть при положении, — вы лет ротора максимальный, усилие на зубе ковша P0i наиболь шее, ковши заполнены грунтом, «затягивающая» сила Р02 направлена к забою, разгрузочная стрела повернута под уг лом 90° к плоскости роторной стрелы, ветровая нагрузка дей ствует сзади.
Моменты сил составляют относительно точки 0, лежащей
на оси вращения поворотной части: |
|
|
|
2МВН+2М Т— (2Р + gnp) 1—gnp^np—0, |
|
откуда |
£МЦН+ Ш т- ЕРI |
|
£пр |
(4.85) |
|
(знак |
гпр i |
I |
± применяют в зависимости от помещения центра |
||
тяжести |
экскаватора по отношению |
к вертикальной оси), |
где 2МТ— момент от действия всех сил тяжести, кроме веса
противовеса; |
на экска |
2Р — сумма всех внешних сил, действующих |
|
ватор, без веса противовеса. |
сил на |
По л о же ни е 2. Выход равнодействующей всех |
зад. При таком положении стрела поднята на максимальный угол, ротор без грунта находится вне забоя, разгрузочная стрела с грунтом расположена в плоскости роторной стрелы.
Чтобы установить величину противовеса, составляют урав нение моментов всех сил относительно оси катания тел ка чения.
Устойчивость экскаватора
Устойчивость машины определяют для трех положений. Первое — рабочее положение при наличии силы резания со стороны ротора, второе — нерабочее положение и в то же
время — транспортное.
При этих двух положениях машина должна быть провере на на устойчивость, когда ветер действует со стороны забоя и со стороны противовеса, а разгрузочная стрела направлена под углом 90° к роторной стреле.
ленточный конвейер
g — ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с2; Н — высота падения грунта, м;
fe— коэффициент трения скольжения грунта по ме таллу;
а — угол наклона плоскости, град.; Vo— начальная скорость грунта, м/с.
Зная скорость |
материала |
на выходе, можно установить |
высоту, длину спуска или угол наклона лотка: |
||
В |
= arrto- |
2%Н ^ск |
Рtg 2gH - \ 2 + V02 ’
Цск — при малых скоростях принимают равным 0,7 fc.
Площадь поперечного сечения материала на лотке 2П0
F = 3600 0 (V + У„) ’
где 0 — угол между стенками бункера.
Угол наклона ребра, связывающего две соседние стенки бункера 0, расположенные под углом а и р к горизонту, оп ределяют из соотношения
tg 0 |
1ХСК |
или tg 0 = |
tg2atg2ft |
slnv 2 ’ |
tg2<*+ t g2? |
Во избежание зависания грунта при наклоне стрелы стенкам бункера следует придавать угол не менее 70° к горизонтали.
В случае установки барабанного питателя |
диаметр его |
принимают |
|
d6= (0,35 ч-0,4) R3C, |
(4.88) |
где R-)C— радиус запорного сектора ротора. |
|
Производительность его |
|
n 6n=3600V6F. |
(4.89) |
Здесь Vo — окружная скорость барабана, м/с;
F — площадь поперечного сечения материала на ба рабане, м2.
Тарельчатые питатели применяют на экскаваторах малых моделей. Тарелку располагают во внутренней полости рото ра, а ее наклонное положение обеспечивает отвод грунта на конвейер. Диаметр диска тарельчатого питателя устанавлива ют из условия перекрытия сектора разгрузки. Скорость вра щения диска должна обеспечивать заданную производитель
ность экскаватора, ее вычисляют по формуле |
|
|
Птп= 180012VaSin2e tg р, |
|
(4.90) |
где 1— длина участка разгрузки, ,м; |
находящихся |
|
Va — абсолютная средняя скорость частиц, |
||
в средине участка разгрузки. |
|
|
Va = V V s 2 . + 0)2R2cp + 2VsRCpCOS(a + |
т). |
(4.91) |
Здесь е — угол между направлением скорости и направ лением линии разгрузки;
р — угол естественного откоса грунта; Vs — относительная скорость грунта; со — угловая скорость диска;
а и х — углы, составленные направлениями относи тельной и переносной скоростей с радиальным направлением;
Rep — средний радиус диска.
4.10. КРЕПЛЕНИЕ РОТОРА К СТРЕЛЕ
Крепление ротора к стреле зависит от системы приво да роторного колеса. Он может быть встроенным в ротор, рас положен снаружи его или с комбинированным размещением.
По конструктивному выполнению различают приводы с планетарной или волновой передачей, передачей обычного исполнения; цилиндрические, конические и комбинированные редукторы.
Расчетными нагрузками являются:
величины усилия резания (касательные) на каждом зубе Poi (рис. 4.14);
Рнс. 4.14. Расчетная схема нагрузки на ротор
усилия от бокового напора Ре; силы тяжести от массы грунта в ковше;
силы тяжести от массы ротора с редуктором.
Усилия резания на каждом зубе определяют по формулам (4.50, 4.51, 4.52).
Рб = Pol - т г а ■ |
(4.92) |
v р min |
|
Величину PG следует проверить по формуле
P6= Poi6,
где коэффициент б принимается из табл. 30 и зависит от .ка
тегории грунта |
и соотношения глубины резания и ширины |
стружки. |
|
По действующим усилиям на каждом ковше колеса P0i; |
|
Poi'; Poi"; Poi'", |
находят равнодействующую силу R от ка |
сательных сил резания, которую раскладывают на вертикаль ную N и горизонтальную составляющие (рис. 4.15).
Равнодействующая от боковых усилий напора |
(боковых |
сил резания) составляет |
|
R6 = P o i6 + P o i,6 + P 0i//6. |
(4.93) |
Координаты приложения равнодействующей боковых на грузок определяют прочерчиванием колеса ротора (рис. 4.16).
сатсльных сил резания |
Рис. 4.16. |
Равнодействующая |
от боковых |
сил ее координаты |
|
Силу тяжести от массы грунта*в ковшах вычисляют при |
||
объемной массе у=(1>6-М,8) |
т/м3 и коэффициенте разрыхле |
|
ния Кр= 1,2-М,25, в ковшах 3 и 4 будет равна: |
||
|
v Y Кц . |
|
= |
— iк г - 1; |
|
в ковшах 1 и 2 определяют в зависимости от положения ковша:
ср°
grp '= |
dv = |
^ ~ cos<p«)- |
(4-94) |
Плечи приложения сил тяжести от массы грунта 1 прини мают из чертежа (см. рис. 4.14).
После нахождения всех действующих сил и плеч прило жения их определяют крутящий момент от усилий резания и сил тяжести грунта, изгибающий момент от равнодействую щей бокового усилия, действующие в вертикальной и гори зонтальной плоскостях, и суммарный момент от силы тяже сти ротора и усилия резания в вертикальной плоскости.
Крутящий момент от усилий резания
D P
м кр= р к-—
от сил тяжести грунта
^кгр = (crpl^l + 6гр2^2 “Ь ёгрз^з "Ъ |
?Н^н) —“ |
(4.95) |
Изгибающий момент от равнодействующей усилий боко вого напора, действующий:
в вертикальной плоскости
M6B= R6h, |
(4.96) |
в горизонтальной плоскости
M6r= R 6l, |
(4.97) |
Суммарный момент на колесе ротора
М'= Мкр+Мнр.гр.
Расчетный крутящий момент слагается из моментов от усилий резания, сил тяжести грунта и махового момента ро тора двигателя:
Mp= M'+Mg. |
(4.98) |
Этот момент уравновешивается парой сил Rp_p на плече 1р, одна из них приложена к центру тяжести и является равно-
156
действующей |
от сил PK= P 0r + P0i+ Poi" и сил |
тяжести от |
||||
массы грунта |
в ковшах, другая — к оси вала (рис. 4.17): |
|||||
|
|
Rp = ^ |
• |
|
(4-99) |
|
где |
|
|
Ф |
до центра тяжести равно |
||
]р — расстояние от оси ротора |
||||||
|
действующей от сил Роь P0i'; Ро" и сил тяжести от |
|||||
|
масс |
грунта в ковшах; grp; grp'; gTV" |
и т. д.; |
|||
|
(Poi + |
PoZ + Poi") |
+ ьгр!гр + |
grp^rp' + |
ё’гр'Чгр" |
|
Р |
Р01 + Р о/ + Р0|" -Ь |
• - + £гр + |
grp' + grp,;+ |
|||
Для определения изгибающего момента к полученной реактивной силе от внешних нагрузок следует добавить си лы тяжести от масс редуктора, роторного колеса с ковшами и вала.
При вычислении силы тяжести редуктора, действующей на вал, могут встретиться два случая: редуктор соосный пла нетарный (на вал передается 70% от всей массы); редуктор нормальный с наружным креплением. Часть силы тяжести от него на вал передается пропорционально плечам (см. рис. 4.17):
(4.100)
'р где Gp — сила тяжести редуктора, кН.
Рис. 4.17. Распределение нагрузки на вал от ротора и редук тора
Считаем, что часть силы тяжести вала с расположенным на нем оборудованием сосредоточена посредине. Суммарная нагрузка, действующая на вал со стороны колеса, состав ляет
|
|
2G = GK+ 2 gK + 2 grp + GB, |
|
(4.101) |
||||
здесь |
GK— сила тяжести ротора колеса, кН; |
|
|
|
||||
|
2gK— сила тяжести всех ковшей, кН; |
|
|
|
||||
2grp — сила тяжести массы грунта, кН; |
|
|
|
|||||
|
GB— сила тяжести массы вала, кН. |
|
|
|
||||
|
|
|
На рис. 4.18 приведена |
рас |
||||
|
|
|
четная схема вала ротора для |
|||||
|
|
|
определения изгибающего |
мо |
||||
|
|
|
мента в вертикальной |
плоско |
||||
|
|
|
сти при |
наружном |
креплении |
|||
|
|
|
редуктора. Кроме действующих |
|||||
|
|
|
сил 2G; |
N; GB; Rp и gK, на вал |
||||
|
|
|
действует момент от усилия ре |
|||||
|
|
|
зания, приложенного с эксцент |
|||||
|
|
|
риситетом е (по отношению к |
|||||
|
|
|
средней плоскости колеса), |
ко |
||||
|
|
|
торый |
|
составляет |
|
от |
0,2 |
Рис. 4.18. |
Эпюра изгибающих |
до 0,4 м. |
|
|
|
|
||
и крутящих |
моментов в верти |
Для определения реакций RA |
||||||
кальной плоскости |
и RB |
составляем |
уравнение |
|||||
моментов всех сил относительно опор А и В: |
|
|
|
|||||
2Ма= 0; |
2Мв= 0; 2 R A = 0; |
2 R B = 0; 2Ма= 0: |
|
|||||
М+ (2G + N)Ь—GBI2 + RB13—(Rp+ Gp) (I3 + I4) =0, |
(4.102) |
|||||||
откуда |
|
|
„ |
№р 4 Gp)(!, + l,) + G „ l , - M - ( r O + N ) l , |
|
R „--------------------------------- |
--------------- |
■ |
2Мв = 0, |
|
|
М -f- (EG + N) (I1+ I3)—Rab-(-С5в1г |
(Rp-bGp) Ц |
|
Реакция в точке А равна
(4.103)
0.
(4.104)
n М + (EG 4- N)(l| -f- l.i) 4 G„lv (Rp + Gp) I*
RA = -------------------------------------------------------------
*3
здесь M = N1+ M6.
Найдем изгибающие моменты в сечениях под опорами А и В и под силой GB:
Mi = M +(2G + N)li; |
M2 = M +(2G + N)I2—Rab, |
(4.105) |
|||||||
|
|
M3= (G t + Rp)l4. |
|
|
|
||||
|
Горизонтальная |
плоскость |
|
|
|
||||
Расчетная |
схема |
приведена |
на |
|
|
|
|||
рис. 4.19. Действующие силы Т; Re и |
|
|
|
||||||
М= Мбг—Т1 |
изгибающий |
момент. |
|
|
|
||||
Составляем уравнение моментов всех |
|
|
|
||||||
сил Е М а = 0; |
Е М в = 0 и |
определим |
|
|
|
||||
реакции RA и RB: |
|
|
|
|
|
|
|
||
2МВ = 0: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м бг—Т1 + т (1 , + 1з) — |
Ral3 = о, |
|
|
|
|
||||
откуда |
|
|
|
|
Рис. 4.19. |
Эпюра |
изги |
||
Р Л_|_ ^бг |
— TI + |
Т (1! + |
1Я) |
||||||
бающих |
моментов |
в го |
|||||||
|
|
|
|
|
ризонтальной |
плоскости |
|||
2Ма= 0: |
|
|
|
(4.106) |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Мбг—Т1—ТЬ—RB13 = 0.
Здесь Т — горизонтальная составляющая равнодействующих
|
сил. |
Мбг - Т(1 + 1 .) |
|
Реакция |
R n |
|
|
|
|
||
Напряжение определяется в опасном сечении. |
Суммар |
||
ный изгибающий момент будет равен |
|
||
|
|
Мс = уМв2 + Ма2. |
(4.107) |
Расчетный момент, на который рассчитывают вал по IV тео рии прочности, равен:
Мпр = УМС2 + 0,75МР2.
Материал для вала применяют ЗОХНМА, ЗОХГВТ, временное сопротивление его ав = 70 МПа, предел текучести сгт = 50 МПа. В месте установок шпонок вал проверяется на кручение; на пряжение на кручение принимают:
Т ~~ п ’
где т-I = 0,22ав;
п — запас прочности, п= 2-т-2,5.