книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия

ных экскаваторов, как правило, имеют индивидуальный привод.

На карьерных роторных экскаваторах массой до 3000 т применяют четырех-, шести-, восьми-, двенадцатигусеничный ход, а массой свыше 4000 т — рельсошагающий ход.

1.7.ПРИВОД

1.7.1.Общие сведения

Привод экскаватора представляет собой совокупность агрегатов и устройств, приводящих в действие рабочие органы машины и ее механизмы. В состав его входят: силовая уста­ новка, трансмиссия и вспомогательные механизмы.

Наиболее распространены на многоковшовых экскавато­ рах следующие виды приводов (табл. 3):

одномоторный от двигателя внутреннего сгорания с меха­ нической трансмиссией;

одномоторный от двигателя внутреннего сгорания с ги­ дравлической трансмиссией;

многомоторный от двигателя внутреннего сгорания с при­ водом отдельных механизмов гидромоторов;

многомоторный от двигателя внутреннего сгорания1или электродвигателя, соединенных с генератором, с электропри­ водом отдельных механизмов на постоянном или переменном токе.

Нагрузки на рабочий орган многоковшовых экскаваторов носят спокойный характер и относятся к легкому или средне­

му режиму. Так, при разработке легких грунтов I—II катего­ рии режим работы легкий, а при копании грунтов III и IV ка­ тегорий .— средний.^ Легкий режим характеризуется постоян­ ством скорости и направлением рабочих движений. Отноше­ ние наибольшей нагрузки к средней не превышает 1,3, а чи­ сло включений механизмов — не более 20—30 в час. Средний* режим характеризуется равномерностью нагрузок. Отноше­ ние максимальной нагрузки к средней колеблется в пределах 1,5—2,5 при* переменной скорости и постоянном направлении рабочего движения. Число включений в час может достигать 200 при продолжительной работе машины под нагрузкой.

го тока системы ТГ-Д, 5 — кар­ сти, но двигатель при этом пе­

телен, а регулирующие возмож­ ности такого привода ограничены. Привод с жесткой характе­ ристикой целесообразно применять при устойчивом режиме работы механизма без частых перегрузок или при наличии большого запаса мощности двигателя.

С мягкой характеристикой привод обладает способностью «саморегулирования», т. е. автоматически снижает число обо­ ротов при перегрузке, соответственно увеличивая величину крутящего момента или скорости при снижении нагрузки.

Привод с мягкой характеристикой обычно применяют в маши­ нах, работающих в тяжелых условиях с частыми динамиче­ скими нагрузками.

1.7.2. Выбор силового оборудования

На современных траншейных экскаваторах, имеющих большие скорости передвижения, частые передвижки с одно­ го объекта на другой, применяют индивидуальную силовую установку, т. е. двигатели внутреннего сгорания — транспорт­ ные дизели. Транспортные дизели экономично работают при изменениях числа оборотов в полтора-два раза. Это позволя­ ет использовать их на разных режимах работы. Недостатки двигателей внутреннего сгорания — жесткая внешняя харак­ теристика, большая чувствительность к перегрузкам, малый диапазон использования мощности, трудность эксплуатации при низких температурах и недостаточная долговечность.

На роторных строительных экскаваторах поперечного ко­ пания в большинстве случаев применяют дизель-электриче- скую силовую установку с электрическими двигателями пере­ менного тока, динамическим торможением и управлением са­ мовозбуждения. Наличие в схеме привода управления само­ возбуждением смягчает жесткость внешних характеристик и делает работу механизмов более плавной.

Экскаватор может также работать от внешней сети.

Дизель-электрическая силовая установка рекомендуется для траншейных цепных и роторных экскаваторов с большой емкостью ковша, большой производительности при работе в тяжелых горно-геологических условиях и разработке мерзлых грунтов. На карьерных многоковшовых экскаваторах попереч­ ного копания, цепных и роторных применяется электрическая силовая установка, работающая от внешней сети. На машинах с малой емкостью ковша устанавливают электродвигатели пе­ ременного тока, а со средней и крупной емкостью ковша (свы­ ше 200 л) — постоянного тока.

Привод механизма от электродвигателя постоянного тока имеет мягкую внешнюю характеристику. Недостатками его являются большая масса и габариты, превышающие в 1,5— 2,0 раза габариты и массу любого другого привода. Приводы этого типа устанавливают по схеме ТГ-Д (трехобмоточный генератор-двигатель) или Г—Д (генератор—двигатель) с электромагнитным или электромашинным (ЭМУ) усилителем.

1.7.3. Характеристика трансмиссий (см. табл. 3)

М е х а н и ч е с к и е т р а н с м и с с и и наиболее распро­ странены на траншейных экскаваторах. Основные их элемен­ ты — зубчатые, червячные, цепные передачи. В состав транс­ миссий входят цепные, соединительные и предохранительные муфты, тормоза и устройства для изменения направления вращений, величины скоростей и крутящих моментов меха­ низмов. Преимуществами их являются простота конструк­ ций, хорошие эксплуатационные качества, соблюдение задан­ ных скоростей и моментов, небольшая стоимость. Недостат­ ки — значительные потери в муфтах, зубчатых передачах, соединительных парах, ступенчатое изменение скоростей и моментов, а при большом числе скоростей — сложность пра­ вильного выбора оптимальной передачи и большой износ тру­ щихся пар.

Г и д р а в л и ч е с к и е т р а н с м и с с и и . В последние го­ ды нашли широкое распространение гидравлические транс­ миссии, резко отличающиеся друг от друга по принципу дей­ ствия: гидрообъемные, или гидростатические, и гидродинами­ ческие.

Вгидрообъемных трансмиссиях (рис. 1.15) используется статическое давление масла, нагнетаемого насосом в испол­ нительные органы — гидроцилиндры или гидромоторы.

Внастоящее время распространенными схемами гидрообъ­ емных трансмиссий служат:

гидротрансмиссии с насосом нерегулируемой производи­ тельности с одним или несколькими гидрообъемными цилин­ драми;

гидротрансмиссии с насосом регулируемой производитель­ ности с одним или несколькими гидравлическими цилиндра­ ми и регулируемыми гидродвигателями.

Трансмиссии выполняют по открытой или закрытой схе­ мам. Закрытая схема не требует масляного бака и уменьша­ ет объем рабочей жидкости в системе, уменьшает вес и габа­ риты машины, исключает кавитацию в насосах, предохраня­ ет рабочую жидкость от загрязнений и увеличивает долго­ вечность гидродвигателей и других агрегатов. Однако закры­ тые схемы имеют существенные недостатки: большой нагрев жидкости, сложность ее фильтрации, установку дополнитель­ ного насоса для подпитки рабочей жидкости и трудность ис­ пользования в гидросистемах с поступательным движением.

Преимущества гидравлических трансмиссий: раздельное управление механизмами, лучшая компоновка оборудования на платформе, бесступенчатое регулирование скоростей рабочих

Рис. 1.15. Принципиальная схема гидрообъемной тран­ смиссии: 1, 2 — цилиндры подъема, 3 — гидромотор, 4 — клапаны для ограничения скорости опускания ра­ бочих органов под действием собственного веса, 5— дроссель с регулятором, 6 — золотниковые распреде­

лители, ? — насос, 8 — фильтр, 9 — бак

движений, меньший вес машины на 10—15%, меньшие габа­ риты и вес гидравлических двигателей и агрегатов, небольшой момент инерции, плавность и равномерность рабочих движе­ ний, простота преобразований вращательного движения в по­ ступательное и возможность получения больших передаточ­ ных отношений.

Г и д р о д и н а м и ч е с к и е т р а н с м и с с и и . В гидро­ динамических трансмиссиях движение механизма передается за счет использования кинетической энергии жидкости. Эле­ ментами такой трансмиссии являются насосные и турбинные колеса. Насосное колесо засасывает жидкость и передает ее непосредственно или через направляющие лопатки на турбин­ ное колесо, и вследствие взаимодействия жидкости с лопатка­ ми турбинного колеса создается крутящий момент.

Имеется два вида гидродинамических трансмиссий: гидро­ муфты и гидротрансформаторы. Гидромуфта состоит из двух рабочих колес, помещенных в общий кожух. Насосное колесо

закреплено на ведущем валу и приводится в движение двига­ телем, турбинное колесо — на ведомом. Между ними имеет­ ся зазор. При вращении насосного колеса жидкость подается на лопатки турбинного колеса и приводит его в движение. Число оборотов турбины всегда меньше оборотов насоса. От­ ставание колеса турбины от колеса насоса характеризуется величиной скольжения:

S = Пн - Пт 1

ЛН

где пн — число оборотов колеса насоса; Пт — число оборотов колеса турбины.

Коэффициент полезного действия гидромуфты равен

7J = ^ = i _ s Пн

Недостатки гидромуфты — значительное снижение КПД при увеличении скольжения, невозможность изменения крутящего момента двигателя в зависимости от нагрузки.

Из гидродинамических трансмиссий наибольшее распро­ странение имеет гидротрансформатор. Он состоит из трех ра­ бочих колес — насосного, турбинного и направляющего. Ги­ дротрансформатор позволяет непрерывно регулировать кру­ тящий момент на валу турбинного колеса от максимального значения до нуля, в то время как момент на насосном колесе изменяется незначительно в зависимости от числа оборотов ведомого вала. Гидротрансформаторы в зависимости от вли­ яния режима турбинного колеса на режим работы насосного колеса подразделяют на гидротрансформаторы с «непрозрач­ ной» характеристикой и «прозрачной».

При «непрозрачной» характеристике изменение нагрузки на валу турбинного колеса почти не влияет на режим работы насосного колеса, т. е. число его оборотов и крутящий момент остаются практически постоянными.

При «прозрачной» характеристике изменение режима ра­ боты турбинного колеса существенно влияет на режим рабо­ ты насосного колеса. Изменение крутящего момента характе-

ризуется коэффициентом трансформации К= М Передаточ­

ное отношение I = Цн пт

скорость перемещения изменяют раздельно от скорости рабочего органа.

Механизмы включаются последовательно. Так, например, ковшовая цепь может быть включена только после включе­ ния транспортера, а ходовой механизм — после включения ковшовой цепи. Следует предусматривать и аварийную оста­ новку механизмов.

При компоновке механизмов следует предусматривать удобство обслуживания, простую систему управления, позво­ ляющую с одного пульта управлять всеми механизмами, и ремонтоспособность.

Желательно во всех случаях, где это возможно, избежать одномоторного привода с механической трансмиссией и заме­ нить его индивидуальным приводом — электродвигателями или гидромоторами и гидроцилиндрами.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАНШЕЙНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Исходными данными для проекта служат: глубина тран­ шеи, ширина ее по низу и по верху; характеристика грунта, горной массы, дальность перемещения вынутой массы от оси траншеи и производительность.

Изучив существующие конструкции машин по образцам, чертежам и литературе, патентно-информационным источни­ кам, приступают на основании технологической схемы разра­ ботки траншеи к определению типа рабочего оборудования экскаватора и способа очистки стенок ковша от налипания грунта, типа резцов на ковше и скребке при разработке се­ зонно-мерзлых грунтов повышенной прочности, типа ходово­ го оборудования, силовой установки и базовой машины, на которой монтируется экскаваторное оборудование. После это­ го составляют конструктивную схему, в которой устанавлива­ ют предварительно параметры машины на основании закона подобия.

2.1. РАСЧЕТ ЦЕПНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

По заданной конструктивной производительности Пц эк­ скаватора и по числу ссыпок nz, принятых предварительно из таблиц, определяют емкость ковша q. Полученное значение округляют до целого числа;

где v3 — скорость передвижения машины, м/ч (см. табл. 3);