книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия
..pdfnz — количество разгрузок ковшей в 1 мин, обычно со ставляет от 40 до 70;
В— ширина траншеи, м.
2.1.2.Габаритные размеры ковшей
Исходными данными для определения размеров ковша: его ширины, высоты и длины — служат ширина траншеи и шаг ковшовой цепи. Ширину ковша принимают из условия меньших сопротивлений его о стенки траншеи
Ь= В—а, |
(2.7) |
где В — ширина траншеи, м; b — ширина ковша, м;
а— уширение ковша за счет козырька или боковых клы ков, зубьев, м.
Уширение ковша на сторону за счет козырьков клыков или зубьев принимают 30—50 мм, тогда формула (2.7) примет вид
b = В— (0,06—0,1).
Высота и длина ковша, свободно разгружающегося через заднюю кромку, зависит от диаметра приводных блоков (звездочек) натяжных барабанов, скорости цепи и способа крепления ковша. Чем больше угол наклона ковшовой рамы, тем меньше его наполнение, а следо вательно, тем выше должен быть ковш. Угол наклона ковшовой рамы принимают а = 45—50° В
этом случае отношение. hK: го со ставляет (рис. 2.1)
^ = М |
+ 1,2, |
02.8) |
|
|
гб |
|
|
|
|
где h,{— высота |
ковша, м; |
|
Рис. 2.1. Схема для |
определе |
гб — радиус вписанной окруж |
||||
ности |
многоугольника |
ния длины ковша 1К |
и шага Тк |
|
приводного блока, м. |
|
грунта |
||
Днище ковша |
в целях |
его очистки от налипания |
||
очистителем принимают очерченное по дуге окружности, опи санной из центра блока приводного барабана по оси вала.
Длина |
ковша (см. |
рис. |
2.1) |
без |
учета |
заднего |
|
козырька |
|
равна |
/к = |
] / |
Гк2 - |
^гб |
+ - ^ J 2, |
|
(2.9) |
||
где гк — радиус кривизны днища ковша, м, гк = Гб+ Ьц+ Ь к; |
|||||||||
Ьц — высота звена цепи, м. |
|
|
|
|
|
|
|||
Геометрическая емкость ковша |
|
|
|
|
|
||||
|
rK2V |
|
hK |
1к (2i*6 + |
Ьц) |
|
( 2. 10) |
||
|
360 |
h ~ Т ~ |
|
|
4 |
b , |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
где |
У = arc cos |
гб + |
Ьц/2 |
|
|
|
|||
гб + |
Ьц/2 + |
Ьк |
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||||
Гб — радиус приводной звездочки |
(барабана), |
м. |
|||||||
Емкость ковша, определенная по формуле (2.10), несколь |
|||||||||
ко ниже фактической, так |
как при расчете |
во внимание не |
|||||||
принимаются зубья, задний козырек ковша и «шапка» грунта.
Влияние использования емкости ковша учитывают введе
нием в формулу |
коэффициента |
наполнения Кн (табл. 5). |
||
|
Значения коэффициента Ki |
|
Т а б л и ц а 5 |
|
|
|
|
||
Категория грунта |
|
2 |
3 |
4 |
Коэффициент |
0,9-М,2 |
0,8-И,1 |
0,75-М,0 |
0,7-^0,9 |
наполнения Км |
||||
Его значения могут быть и выше, они зависят от угла накло
на ковшовой рамы. Так, при |
испытании экскаватора ЭТ-254 |
||
в грунтах I—II |
категории с |
а = 50° Ки=1,2—1,3, а с а = 40° |
|
Кн= 2,0. |
ковшами Т устанавливают таким |
образом, |
|
Шаг между |
|||
чтобы грунт с разгружающегося ковша не попадал |
на иду |
||
щий вслед за ним ковш. Поэтому время падения грунта из ковша должно быть меньше времени подхода передней кром ки сзади идущего ковша к линии падения грунта из разгру жающегося ковша [7, 11]:
Lx - V „ " |
vp |
. |
(2-11) |
где Lx — расстояние передней |
кромки |
ковша до линии паде |
|
ния грунта, м; |
|
|
|
tn — время падения грунта, с.
Время падения грунта находят из выражения
(2.12)
Здесь у — высота падения грунта, м; ее можно принимать равной длине ковша;
g — ускорение силы тяжести, м/с2.
Обычно считают такое расстояние против попадания, при котором передние кромки переднего I и заднего II ковшей од
новременно подошли к вертикали |
(один слева, другой |
справа). |
|
Шаг между ковшами будет равен |
|
Т —Lx + y. |
(2.13) |
Его можно определить и по зависимости:
Т = (4 -6 )1 Ц.
Здесь tn — шаг рабочей цепи,- мм.
2.1.3.Выбор скорости рабочей цепи,
еешага и диаметра ведущей звездочки
Скорость рабочей цепи принимают в пределах 0,6ч-1,25 м/с. Возможно ее повышение до 1,3ч-1,6 м/с. Повышение скорости цепи ограничено главным образом временем выгрузки, увели чение которого может вызвать перекидывание грунта через барабан ковшовой цепи и проваливание его в последующий ковш, т. е. уменьшение производительности.
Шаг рабочей цепи определяют по формуле
t«= (42-44) |/q , |
(2.14) |
где t4 — шаг цепи, мм;
q — емкость ковша, л.
По шагу цепи находят диаметр звездочки из выражения
180 |
(2.15) |
sin ----- |
|
z |
|
где D3B— диаметр звездочки, мм; z — количество зубьев.
|
|
|
|
Количество зубьев |
при |
||
|
|
|
|
нимают от 6 до 10. |
При |
||
|
|
|
|
выборе |
звездочки следу |
||
|
|
|
|
ет иметь в виду, что |
уве |
||
|
|
|
|
личение шага цепи с со |
|||
|
|
|
|
хранением |
диаметра |
зве |
|
|
|
|
|
здочки |
влечет за собой |
||
|
|
|
|
повышение |
динамических |
||
Рис. |
2.2. Схема движения ковша |
нагрузок, |
неравномерно |
||||
при |
огибании |
натяжных |
барабанов: |
сти натяжения и скорости |
|||
а — радиус |
натяжного барабана ра |
цепи. |
|
|
|
||
вен радиусу |
блока, б — радиус на |
Диаметр натяжного ба |
|||||
|
тяжного барабана увеличен |
||||||
мают |
больше диаметра |
приводной |
рабана |
D„6 всегда прини |
|||
звездочки |
(рис. 2.2.): |
|
|||||
|
|
|
Dh6= (1,5-f-1,6) D3B- |
|
(2.16) |
||
Если DH6 = D3B, в этом случае во время перехода ковша через натяжные барабаны днище его будет тереться о грунт, вслед ствие чего возникает дополнительное усилие трения и увели чивается износ днища ковша. При DH6>D3B во время огиба ния между днищем и грунтом образуется зазор, который и способствует увеличению срока службы ковшей.
Ковши крепят на цепи с помощью угольников или на спе циальных звеньях. Крепление осуществляется по шестизвен ной или четырехзвенной схеме, т. е. каждый ковш крепят че рез шесть или четыре звена от предыдущего.
Скорость рабочего хода. В процессе работы многоковшо вых цепных экскаваторов разрушение грунта осуществляет ся двумя движениями: вращением цепи и ее поступательным перемещением вместе с базовой машиной со скоростью, кото рую определяют по формуле
где V3 — скорость рабочего хода, м/ч;
Пт — техническая производительность экскаватора, м3/ч; F — площадь поперечного сечения траншеи, м.
Скорость рабочего хода изменяется в широких пределах (см. табл. 3). Минимальную скорость принимают для мак симальных размеров поперечного сечения траншеи при раз работке грунтов III и IV категорий. Максимальную скорость выбирают для машин минимальных размеров поперечного се чения траншеи в грунтах I и II категорий.
Скорость транспортного хода определяется мощностью двигателя во время передвижения по горизонтальному участ ку грунтовой дороги:
_ |
3670 N |
ri J |
(2.17) |
УЭТ — |
^ |
||
где Уэт— скорость транспортного хода, км/ч; |
|||
N — мощность двигателя, кВт; |
передвижения эк |
||
W — сумма всех сопротивлений |
|||
скаватора, Н; |
|
|
|
г] — КПД передач и движителя. |
хода находят из |
||
Минимальную скорость |
транспортного |
||
условия преодоления подъемов на пути движения, угол подъ ема принимают а=18°
2.1.4. Определение производительности
После предварительного выбора размеров ковша, ско ростей ковшовой цепи и хода машины определяют произво дительность экскаватора: теоретическую, техническую и экс плуатационную.
Теоретическую производительность вычисляют по формулам
П0 = HBv3 или П0 3,6- y q = 0.0 6 -g-nz, (2.18)
где vp — скорость движения ковшовой цепи, м/с; q — емкость ковша, л;
Т — шаг между ковшами, м;
nz — количество разгрузок в 1 мин.
Число разгрузок ковшей в минуту nz связано со скоростью
ковшей и их шагом зависимостью |
|
||
|
60 vp |
(2.19) |
|
nz |
т |
||
|
|||
Обычно принимают nz от 40 до 70. Увеличение nz свыше ука занных пределов не только не повышает производительность, но даже уменьшает ее.
Техническая производительность |
|
|||
|
3.6vD- q k n |
kH |
( 2.20) |
|
т “ |
Т кр |
п ° к р ’ |
||
|
||||
где к„ — коэффициент наполнения |
(табл. 6); |
|
||
кр — коэффициент разрыхления (табл. 7). |
|
|||
Максимальное значение коэффициента |
|
|
||||
наполнения ковша в зависимости от угла |
|
|
||||
наклона рабочей рамы |
[9] |
|
|
|
||
|
|
Цепные экскаваторы |
при угле |
|||
Грунты |
Группа |
|
наклона рамы |
|
||
грунта |
|
|
4^ СП о |
|
|
|
|
30° |
|
|
55° |
||
|
|
|
|
|||
Песок, гравий, |
|
|
|
|
|
|
кусковые |
|
|
|
|
|
|
материалы |
I |
0,74-0,78 |
|
|
|
|
сухие |
0,84-0,9 |
0,94-0',95 |
||||
влажные |
I—II |
0,85 ч-0,95 |
1,14-1,2 |
1,04-1,1 |
||
Суглинок сухой |
II |
0,84-0,85 |
0,84-1,0 |
0,954-1,0 |
||
влажный |
II |
1,04-1,1 |
1,154-1,25 |
1,14-1,2 |
||
Глины средней |
|
|
|
|
|
|
крепости |
|
0,824-0,91 |
|
|
|
|
сухие |
.III |
0,984-1,06 1,024-1,1 |
||||
влажные |
III |
1,054-1,15 |
1,184-1,28 |
1,24-1,4 |
||
Глины крепкие |
IV—V |
0,854-1,0 |
|
|
|
|
сухие |
0,954-1,0 |
1,14-1,15 |
||||
влажные |
IV—V |
1,04-1,1 |
1,14-1,2 |
1,24-1,3 |
||
|
|
|
Т а б л и ц а |
7 |
|
|
Коэффициенты разрыхления |
грунта КР |
|
|
|||
Грунты |
Группа |
|
Значение |
|
||
|
|
грунта |
|
КР |
' |
|
Песчаные |
|
I |
|
1,08-М,17 |
|
|
Торфы, растительный |
I |
|
|
|
|
|
грунт |
|
|
1,2-М ,3 |
|
||
Суглинки |
|
II |
|
1,14-5-1,28 |
|
|
Глинистые |
|
III |
|
1,24-5 -1,3 |
|
|
Тяжелые глины |
|
IV |
|
1,26-М ,32 |
|
|
Мергель, опоки |
|
V |
|
1,33-5-1,37 |
|
|
Для расчета производительности отвальных средств рекомендуется применять следующие значения Кн-.
Категория грунта К
I1,3
II 1,6
III |
1,4 |
IV |
1,2 |
Эксплуатационная производительность
Пэ ^ Пт• кп = П0 -г^ • кв , |
(2,21) |
КР
где кв — коэффициент использования по времени, он учиты-' вает время, потребное на регулировку машины, пересмену и подготовку машины к работе (KD= 0,5).
2.1.5.Определение нагрузок на рабочий орган
/Общее усилие на ковшовой цепи складывается из "усилия копания, веса грунта в ковшах и трения отвеса ковшей с це пью по грунту. Усилие копания составляет (рис. 2.3)
Рис. 2.3. Схема движе ния ковшей цепного эк скаватора и толщина срезаемой стружки
Рк= b • s • ку• пК, |
(2.22) |
где Рк— усилие копания, кН; b — ширина ковша, м;
s — толщина стружки, м;
ку — удельное сопротивле ние копанию, кН/м2 (табл. 8, 9, 10);
пк — количество ковшей, |
участвующих в работе, |
|
|
Число ковшей, одновременно |
участвующих в работе: |
|
|
|
Н |
(2.23) |
|
Пут = Т -sin а |
|||
|
|||
Здесь Н — глубина траншеи, м; |
|
||
а — угол наклона ковшовой пямы |
|
||
Т — шаг ковшей. |
у ы ' |
|
|
Усилие, потребное „а перемещение массы грунта в ковш„
Рго = Я^НкУкн |
• |
(2.24) |
|
Р |
2 |
||
где Ррр — усилие, кН; |
грунта’ |
"Ринимаемая |
1.6 - 1Д |
" аССа |
|||
Пн — количество ковшей; qK— объем ковшаум3.
Падение |
удельных усилий копания |
Ку траншеекопателей |
||
в процентах с увеличением |
мощности и скорости |
хода [13] |
||
Мощность |
Тип |
Скорость хода, |
м/ч |
|
|
|
|
||
траншее |
100 |
200 |
300 |
|
копателя |
|
|||
Малая |
Цепной |
100 |
38-28 |
14-г 24 |
|
Роторный |
100 |
44-46 |
28-27 |
Средняя |
Цепной |
74 —78 |
22-21 |
0 -0,3 |
- |
Роторный |
85-98 |
34-35 |
18 |
Большая |
Цепной |
42-47 |
10 |
— |
|
Роторный |
87-88 |
30 |
16-15 |
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
9 |
|
|
Удельные усилия копания Ку» %, |
[13] |
|
|||
реализуемые траншеекопателями, |
МПа |
|
||||
Мощность |
Тип |
- Скорость |
хода, |
м/ч |
|
|
100 |
200 |
300 |
|
|||
|
|
|
||||
Малая |
Цепной |
0,5-0,8 |
0,19-0,22 |
0,07-0,19 |
||
|
Роторный |
0,9-0,11 |
0,4-0,5 |
0,25-0,3 |
||
Средняя |
Цепной |
0,37-0,62 |
0,11-0,17 |
0-0,03 |
||
|
Роторный |
0,76-0,88 |
0,31-0,38 |
0,16-0,20 |
||
Большая |
Цепной |
0,21-0,38 |
0,05-0,08 |
0,14-0,16 |
||
|
Роторный |
0>,78—0,8 |
0,2-0,33 |
|||
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
10 |
|
Удельное сопротивление копанию Ку, МПА |
|
|||||
|
Талые грунты |
|
Мерзлые грун |
|||
|
|
|
|
|||
I |
II |
III |
IV |
|
ты всех |
|
|
категорий |
|
||||
0,1 + 0,2 |
0,2+ 0,4 |
0,35+0,45 |
со о |
оо о |
to о •I- to о о
Усилие, необходимое на преодоление трения между ков шами и грунтом и сопротивления качению:
Ртр= [ (gK+ q?/2)nK+ g4] (p + f), |
(2.25) |
где Ртр — усилие трения, кН;
q — объемная масса грунта, кг/м3;
— масса цепи, кг;
р— коэффициент трения стали по грунту, равный 0,3—
0,4;
f — коэффициент трения качения, f= 0,1 см.
Погонная масса 1 м ковшовой цепи в сборе с ковшами со ставляет:
при четырехзвенном шаге [9, 13]
£ц= 0,5]А}кку, |
(2.26) |
при шестизвенном |
|
g4=0,4yq"^, |
(2.27) |
здесь gn— масса 1 пм ковшовой цепи в сборе с ковшами; |
|
ку — удельное сопротивление копанию, |
принимается |
максимально реализуемое данной машиной в пре |
|
делах (0,8—1,5) МПа (8—15 кгс/см2) (см. табл. 9). |
|
На долю ковшей приходится 50—60% этой массы, осталь |
|
ное — на долю цепей и креплений. |
|
Общее усилие на рабочей ветви цепи кН |
|
Рцр-Рк + Ргр+Ртр. |
(2.28) |
2.1.6. Определение мощности двигателя
Мощность двигателя траншейного экскаватора должна обеспечивать:
резание грунта и подъем его, транспортирование в отвал и передвижение экскаватора на рабочей скорости для созда ния необходимой толщины стружки;
передвижение на максимальной транспортной скорости и преодоление подъемов, допустимых устойчивостью машины.
Мощность, расходуемую на привод ковшовой цепи, копа ние грунта и на подъем его до бункера, определяют по фор мулам
NK |
Рцр'VD |
(2.29) |
1020 7)м |
|
или |
|
|
|
|
|
_ |
Пт• ку |
|
(2.30) |
|
“ |
367-104 7)м |
||
|
|
|||
где Рцр — суммарное усилие на ковшовой цепи, кН; |
||||
vp — скорость на ведущей звездочке, м/с; |
|
|||
Пт — техническая производительность, м3/ч; |
МПа (см. |
|||
ку— удельное |
сопротивление |
копанию, |
||
табл. 10, |
11); |
|
|
|
т]м — коэффициент полезного действия цепи; для много |
||||
ковшовых |
экскаваторов |
т]М= 0,6—0,65; |
скребко |
|
вых Т1м = 0,45—0,6. |
|
|
||
Мощность, расходуемая на подъем грунта: |
||||
|
Пту (Н /2 + |
Н0) |
(2.31) |
|
|
|
367-103 т,м |
||
Здесь у — объемная масса грунта, кг/м3; Н — глубина траншеи, м;
Н0 — высота подъема от поверхности земли до разгруз ки. м.
При подъеме грунта скребковой цепью к мощности, полу ченной по формуле (2.31), добавляется мощность, затрачи ваемая на трение грунта по грунту:
Пту(Н/2 + |
Нп)(1 + iictgot) |
(2.32) |
|
367 |
103ты |
||
|
где р — коэффициент трения грунта о грунт, равный 0,4—0,6;
ос— угол наклона ковшовой рамы. |
|
||
Общая мощность |
на валу двигателя, потребная для при |
||
вода ковшовой цепи: |
|
|
|
|
N |
= NK + Г у |
(2.33) |
|
u |
7) |
|
Здесь г] — коэффициент полезного действия передачи. Мощность, расходуемая на передвижение экскаватора с
рабочей скоростью. При передвижении экскаватор преодоле
вает сопротивления.
Сопротивление перемещению машины от касательной си лы копания
WKi = PKcos (90—ос+ 0 ) = P K[cos(a—0) +0,3cos(90—a + в )], где 0 — угол отклонения траектории ковшей от оси ковшо
вой цепи;