книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия
..pdfБоковые стенки ковшей изготавливают наклонными нару жу; это улучшает условия разгрузки. Ковши с вертикальны ми стенками применяют лишь при разработке малосвязных грунтов. Увеличение ширины ковша улучшает условия раз грузки, но утяжеляет массу рабочего органа и всей машины.
Увеличение высоты ковша при работе в крепких грунтах вызывает неспокойный ход его, повышает нагрузку на цепь, сопротивление копанию, износ цепи и расход энергии.
Шаг между ковшами, как и в траншейных цепных экска ваторах, устанавливают таким, чтобы не попадал грунт с раз гружающего ковша на идущий вслед за ним (см. рис 5.1).
При конструировании рабочего оборудования следует иметь в виду: усилие в ковшовой цепи и реакция резания грунта не ле^ат на одной прямой, вследствие этого возника ет момент, стремящийся опрокинуть ковш вокруг концов зубьев и развернуть ковшовое звено в направляющих. С це лью увеличения плеча удерживающей пары, возникающей в ковшовой цепи, к звену, следующему за ковшовым звеном, при соединяют угольник, в который упирается угольник, прикле панный к задней части корпуса ковша.
5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ
НА КОВШ, И МОЩНОСТИ
Общее усилие на ковшовой цепи складывается из уси лий копания Рк, сил тяжести грунта Бцг, сопротивления тре нию в направляющих, от сил тяжести цепи с ковшами и грун та ST4; сопротивления от боковой составляющей копания Ббк, от ускорения цепи при колебании на зубе звездочки и от усилия перегибов цепи на звездочках.
На ковш действует касательная сила P0i сопротивления грунта копанию, которая зависит от толщины стружки s0, ши рины Ьк и удельного сопротивления грунта копанию Кь Об щее натяжение цепи касательными силами копания
Рк — Бцк — Р()1Пк — БоЬкПкКь |
(5.9) |
Число ковшей в работе |
|
|
(5.100 |
Сила тяжести грунта в каждом ковше gki |
может быть при |
нята из условия, что наполнение ковша пропорционально пройденному пути Ь:
ghyK H |
(5.11) |
|
L |
||
|
||
Общая сила тяжести грунта в ковшах |
|
|
gr p= £ qUYKH. + / LL + 1 j q YKH> |
(5.12) |
где Lj — длина ковшовой рамы от бровки забоя до оси верх него приводного барабана (звездочки) ковшовой цепи.
Усилие в цепи от массы грунта
Эцг= grp • sin о, |
(5.13) |
где а — угол откоса. |
в направляющих от |
Сопротивление трению ковшовой цепи |
|
сил тяжести цепи и грунта |
|
ST4= (2g4+grp) |х, |
(5.14) |
здесь
gn — сила тяжести цепи с ковшами, лежащими на отко се, Н;
р — коэффициент трения, который в зависимости от ха
рактера грунта можно принимать |
р = 0,25—0,6. |
Сопротивление от боковой составляющей копания |
|
SCK-^ (0,2—0,6) Эцкр. |
(5.15) |
Сопротивление от ускорения е цепи при колебании на зубе звездочки
с |
Q -Six |
&гр |
(5.16) |
|
Эуц |
|
|
||
ускорение |
|
|
|
|
|
/ 7ГVn \ |
1 |
(5.17) |
|
* = |
2 |
. |
||
|
Здесь z — число зубьев звездочки или граней цепного бара бана.
Суммарное рабочее напряжение цепи
Зцр= 5цк4~5цгр-(-5тц“|“5бк”(- Зуц. |
(5.18) |
Усилие от перегибов цепи на звездочках |
|
|
|||
Sun = |
S4ptx '- ^ _ |
+ 2SUP|X' |
, |
(5.19) |
|
|
|
^зв |
и из |
|
|
где |х' — коэффициент |
трения |
в шарнирах |
цепи, |
равный |
|
р/ = 0,25—0,4 |
(при наличии смазки |
р' = 0,08—0,15); |
|||
Ац — диаметр пальца цепи, м; |
|
|
|||
D3B— диаметр |
ведущей звездочки, м; |
|
|
||
DH3 — диаметр натяжной звездочки цепи, м. |
|
||||
Мощность привода ковшовой цепи |
|
|
|||
|
|
(SgP + |
Sun) Vp |
|
|
|
|
1020 -q |
|
|
|
Здесь т] — КПД механизма привода; п = 0,85. |
|
(5.14) и |
|||
Полученные значения STu и Ббк по формулам |
|||||
(5.15) необходимо |
проверить по формулам |
(5.21) |
и (5.22), |
которые определяют сопротивление в направляющих ковшо вой цепи от действия касательной силы резания, приложен ной эксцентрично, а сопротивление от сил тяжести цепи с ковшами и грунтом — с учетом наклона ковшовой рамы. При определении мощности принимают те величины, которые бу дут большими.
Касательная сила Рк раскладывается на две силы (рис. 5.5): действующую вдоль движения ковшовой цепи WK
Рис. 5.5. Схема сил, действующих на ковш экскаватора по перечного копания.
и направленную вдоль движения экскаватора W3. Под дей ствием силы WK= Poi cos р ковш поворачивается в вертикаль
ной |
плоскости, и |
вследствие |
этого |
в верхних и |
ниж |
||
них |
направляющих |
возникает |
реактивный момент |
с па |
|||
рой |
сил hK/t Poi cos р. Под |
действием |
силы W3 = Poi sin р |
||||
ковш |
прижимается |
к боковым |
направляющим, |
и создается |
|||
момент в горизонтальной плоскости с парой сил |
1/t - P0i sin р. |
||||||
Сопротивление в направляющих ковшовой цепи от дейст |
|||||||
вия реакции грунта на один ковш [9]: |
|
|
|
||||
|
Wm = [2hK/tP0iCosp + Poisinp + 21/tP0isinp] \i ь |
(5.21) |
|||||
здесь pi — коэффициент |
трения скольжения |
цепи о на |
|||||
|
правляющие |
(jbti = 0,2—0,25); |
|
|
|||
|
t — шаг цепи, м; |
|
|
|
|
|
|
|
hK— высота ковша, м; |
|
|
|
|
||
|
1— расстояние от шарнира ковшового звена до ре |
||||||
|
жущей кромки ковша или зуба. |
|
мас |
||||
Сопротивление движению цепи в направляющих от |
|||||||
сы цепи, ковшей и грунта в них составит, кН: |
|
|
|||||
|
W„2= [gK(nK+ n Ki) + g 4L4+gKY(nK+ nKi)]|XiCOsa, |
(5.22) |
где nK— число ковшей в забое;
пК1— число ковшей в приемном желобе; gK— сила тяжести ковша, Н;
g4 — погонная сила тяжести цепи, Н; Ьц — длина цепи, м.
Полное сопротивление движению цепи в направляющих WH= WHlnKcos a+W н2-
Мощность, расходуемая на передвижение экскаватора
При передвижении ' экскаватор преодолевает следующие сопротивления:
сопротивление перекатыванию ходовых колес по рельсам или гусеничного хода по грунту и передвижению на подъем
W i=(G 3+Poi cos р пк sin р) (f±i); |
(5.23) |
составляющую сопротивления копанию, направленную параллельно передвижению экскаватора;
W2 = nKP0i sin р; |
(5.24) |
трение в ребордах колес, вызванное составляющей со противлению копания, параллельной направлению движению копания:
W3?=IIKPOI COS р COS a р2; |
(5.25) |
Рис. 5.6. Схема для определения давления на реборды колес
трение в ребордах колес, вызванное парой сил, возник шей вследствие консольного приложения силы W2 (рис. 5.6):
( т |
+ е + а ) 1"2 |
’ |
W4 = 2S = W2-^---------- |
h----------- |
Мощность, необходимая на передвижение экскаватора во время работы:
М _ (W, + W2 + W:, -1- W,,) Уэ |
(5.26) |
||
п |
1020 yj |
||
|
|||
здесь 2Wi — сопротивление |
масс экскаватора с грунтом в |
||
ковшах, бункере и на транспортере; |
|
г — коэффициент сопротивления передвижного хо дового механизма: f=0,10—0,15;
i — уклон пути, выраженный в тысячных;
Рг — коэффициент трения скольжения реборд колес
о рельсы; р2=0,10-т-0,12; в'— расстояние бровки откоса забоя до ближайше
го к за<5ою рельса;
TJ — общий КПД трансмиссии ходового механиз ма от двигателя до движителя.
5.4.СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Встатическом расчете цепных экскаваторов поперечно го копания определяют устойчивость машины при различных условиях ее работы (рис. 5.7):
Рис. 5.7. Расчетная схема для определения ус тойчивости экскаватора и противовеса
с опущенной на землю ковшовой рамой; при работе с горизонтальной ковшовой рамой;
во время монтажа, когда снята ковшовая рама или раз грузочная стрела.
Общее уравнение устойчивости
М„ 1уд = 1,33.
м оп
Составив уравнение моментов сил относительно точки А, по лучим максимальную массу противовеса:
gnpmax = 1,33г, |
1 I33Q(|FCOIH)) |
(5.27) |
пр |
|
СЧ |
а из уравнения моментов сил относительно точки В найдем минимальную массу противовеса:
gnpmin = ■ |
V f [ 1,33 (gp -f gu + gK+rp) rpi + |
|||||
|
+ |
q0Fc0lH] - Gt <1 — r,) |
|
(5.28) |
||
где gp; g4; gK+rp— масса ковшовой рамы, цепи |
и ковшей с |
|||||
|
|
грунтом, кН; |
|
|
|
|
|
Gi — масса всей |
конструкции |
.неповоротного |
|||
|
|
экскаватора |
без |
ковшовой |
рамы, ков |
|
|
|
шей, цепи и противовеса, кН; |
|
|||
|
F — площадь сечения конструкции; |
|||||
|
qo— нормативный скоростной |
напор; для ра |
||||
|
|
бочего положения q0 = 250—400 Н/м2, для |
||||
|
|
нерабочего |
и транспортного |
q0= 10,0— |
||
|
|
20,0 МПа; |
|
|
|
|
|
с01 — аэродинамический |
коэффициент; прини |
||||
|
|
мается = 0,3 -г-0,6; |
|
|
|
|
|
1— ширина колеи. |
|
|
|
||
На экскаваторах большой мощности получить удовлетво |
||||||
рительную |
уравновешенность |
постоянным |
противовесом |
трудно. Поэтому прибегают к установке подвижного проти вовеса, перемещающегося по рельсам на задней стенке кузо ва. Составив уравнение моментов сил относительно точки В для горизонтального положения ковшовой рамы, найдем мас су противовеса:
gnp= |
------ {1,33 [ (gp + gi;+ gK+rp) Гр2+ qoCoiFH] — |
|
|
^npi |
|
_ G i(l_ П ) _ Gr (li—rT>, |
(5.29) |
здесь GT— масса тележки и опорной рамы; гт — плечо.
Второе положение противовеса определяют при опущен ной ковшовой раме из уравнения моментов сил относительно точки В:
gnp= —--- {1,33 [ (gP+g4+ gh+rp) Гр2 + qoCoiFH] —
ГПр2
—G, (1—n ) —GT(li—rT)}, |
(5.30) |
где 1— ширина колеи, м;
rnpi — плечо приложения противовеса при горизонтальном положении ковшовой рамы;
гПр2 — то же, при опущенной ковшовой раме.
5.5. НАГРУЗКИ НА НИЖНЮЮ РАМУ ИХОДОВУЮ ЧАСТЬ
Строительные |
многоковшовые экскаваторы поперечно |
||
го копания чаще |
всего |
изготавливают на рельсовом |
ходу, |
карьерные экскаваторы |
— на гусеничном и рельсовом |
ходу. |
Гусеничный ход может быть двухгусеничным или многогусе ничным. Количество гусеничных лент определяется давлени ем, передаваемым на грунт. Удельное давление допускается не свыше 0,12 МПа. Основное требование, предъявляемое к гусеничному ходу,— способность передвижения и работы ма шин на грунтах заданной несущей способности и безопас ность работы вблизи от откоса выемок (следует иметь в виду возможность образования оползней и сползания машины).
При гусеничном ходовом оборудовании давление от несу щей конструкции — нижней рамы гусеничной тележки мо жет передаваться по схеме трехопорной или четырехопорной передачи (см. рис. 5, 8, а, б). Тележки с трехточечной опорой позволяют более равномерно распределить давление между гусеницами, особенно на неровной поверхности почвы, но они сложнее и дороже гусеничных тележек с четырьмя опорами.
О п р е д е л е н и е д а в л е н и я на о п о р ы д л я т р е х о п о р н о й к о н с т р у к ц и и т е л е ж е к . Для определения давления на опоры предварительно находят положение рав нодействующей R от действия всех вертикальных сил на ра ме экскаватора. Геометрическое место точек равнодействую щей R описывают радиусом г из центра О, находящегося на расстоянии е от стороны ВС опорного треугольника АВС. Для любого положения равнодействующей R онаЯопределяется углом ф* поворота радиуса-вектора OR относительно пер-
пендикуляра 1а. Величина давления на противолежащую опо ру выразится формулой (рис. 5.8).
D |
D |
r c Os фа . |
(5.31) |
||
RA ~ R |
ъ |
’ |
|||
|
аналогично для опор В и С.
Г COS фв
RB = R
Rc = R lc- [ C0S<Pc |
(5.32) |
hc |
|
Рис. |
5.8. Расчетная |
схема определения давления на опоры: |
а — |
трехопорная, |
б — четырехточечная система опирания |
Давление |
максимально при фа= ф б=ф с = я; |
cos |
180°= —1: |
|||
|
|
RA max |
) а + Г |
|
|
|
|
|
= R |
|
|
|
|
тогда |
max |
= R |
Rc max R |
jc + |
r |
(5.33) |
|
|
ha |
|
|
|
|
Периметр трехточечной опорной рамы представляет рав нобедренный или равносторонний треугольник, который поз воляет легко определить наиболее невыгодное положение, транспортера.
О п р е д е л е н и е д а в л е н и я на о п о р ы ч е т ы р е х о п о р н о й к о н с т р у к ц и и х о д о в о й т е л е ж к и . Четы рехопорная ходовая тележка чаще всего бывает жестко связа на с нижней опорной рамой, и определение давления на опо ры вызывает большую трудность, так как неизвестны упругие свойства конструкции, податливость точек опоры и давление под каждой гусеницей. Установить степень влияния каждого фактора с достаточной точностью практически пока невоз можно.
При определении давления допускают, что все опоры ле жат в одной плоскости и являются абсолютно жесткими. Во время расчета могут встретиться два конструктивных реше ния тележки (см. рис. 5, 8, а, б):
система ходовой тележки вполне жесткая и передает на опоры момент, воспринимаемый от верхней части конст рукции;
система тележки нежесткая с шарнирами в узлах.
При данном нагружении максимальное давление воспри нимается опорой А. Полная нагрузка состоит из веса ходо вой тележки Gm, веса вращающейся части Gn, приложенного на расстоянии г от оси вращения точки О, находящейся на расстоянии к от центра тяжести тележки. Нагрузка в точке В складывается:
из момента от внецентренного сжатия |
|
M = Gny(k + rcos а)2+ (г sin а)2, |
(5.34) |
который раскладывается по осям х и у:
МХ= М sin а; МУ= М cos а, откуда получим нагрузку в точке В;
от нагрузки центрального сжатия, действующей .от массы тележки, приложенной в центре тяжести ее: Rc = Gm/4. Нагрузка Rx в точке В от внецентреннего момента
D |
Мх |
G nSin а V ( к -f |
г COS а)2 + |
(г sin а)2 |
Кх = |
2Г |
---------------------- |
21--------------------- |
|
нагрузка Ry в точке В |
|
|
||
D _ |
Му _ |
Gncos<*l^(k + |
гcos а)2 + |
(г sin а)* |
у “ |
2Ь |
|
2Ь |
|
,
(5>35)
(5.36)