книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия
..pdfГоризонтальная сила RB2 прижимает ползун к вертикальной стойке и создает дополнительное сопротивление. Расчетная нагрузка в вертикально направленной передней части рамы составляет
RA/ = RA+ P RB2. |
(2.123) |
здесь р — коэффициент трения ползуна; p,= 0,l-^0,15. |
Усилие |
на штоке цилиндра вертикального подъема передней |
части |
рамы ротора определяют из выражения |
|
RA |
(2.124) |
|
здесь i — передаточное отношение на блоке, i= 2.
Усилие на штоке цилиндра подъема задней части рамы:
Ршц —RBI/K |
|
|
|
Подъемный механизм |
выполнен |
по второй |
схеме (см. |
рис. 3.8, б), вертикальные |
реактивные |
силы в |
шарнире А, |
крепления передней части рамы экскаватора и в опорном ко лесе RB определим из трех уравнений равновесия внешних сил, откуда найдем RA и RB.
Передняя часть рамы экскаватора поднимается горизон тальным гидроцилиндром через систему полиспастов. Пере даточное отношение полиспаста i= 2.
Усилие на штоке цилиндра Pnm=RA/i; задняя часть рамы опирается на колесо, в кронштейне которого установлен ци линдр. Усилие на штоке цилиндра в этом случае равно опор ной реакции: Pum=RB.
Подъемный механизм выполнен по третьей схеме (см. рис. 3.8, в). В конструкции оригинально решен вопрос подъема ротора. Передняя часть рамы ротора поднимается вертикаль ным цилиндром, задняя — наклонно расположенным путем отклонения вертикальной стойки, к которой присоединена рама. Усилие на штоке наклонного цилиндра находят из ра венства суммы моментов всех внешних сил относительно опо ры А: РШЦ—Ш а /Ъ.
На штоке вертикального цилиндра усилие рассчитывают на максимальную реактивную силу RA.
2.2.9. Расчет на прочность
Расчет обечайки ротора. На ротор действуют силы Роь Р02 и окружное усилие на зубе венцовой шестерни. Нагрузки, действующие на роторы, определяют для случая
его выглубления. Для простоты расчета допускают, что вся нагрузка на роторе приложена к одному ковшу и касательная сила Poi направлена по оси поворота переднего шарнира крепления прицепного устройства к тягачу (рис. 2.24).
Рис. 2.24. а — схема действующих нагрузок на обечайку ро тора, б — расчетная схема обечайки ротора
Суммарное касательное усилие SPoi определяют по мак симальному крутящему моменту:
Р |
= vp |
2Мр |
|
|
г OK |
“ г ' |
DР |
|
|
Нормальное усилие находят из условия равновесия рото |
||||
ра относительно шарнира в точке А: |
|
|||
ЕР0„Ь — Ор/2 = 0; |
ЕРМ |
Gp /2 |
||
b |
||||
|
|
|
Реактивные силы Ri и R2, соответствующие давлению на опорные катки О! и 0 2, определяют по силам P0i и P0i и окруж ному Рок.
Составим уравнение моментов сил относительно точки 0 2, найдем реакцию:
М02=0: Ril—РокС—Po2li + Poiа = 0; Ri —(PoC+Po2li + Poia)/l.
Составим сумму Проекций сил на ось:
2 х = 0 :
RiCosaj + PoKCOsp—Рогсоэу—Poisiny±...±R2Cosa2=0.
„Ро1siпу + Рогсоэу—R1cosa ± Роксозр
i\2==:-‘--------------------------------------------- |
cosa2 |
"" |
|
|
Знак ± при определении проекции окружного усилия за висит от положения ведущей шестерни. Ротор имеет форму замкнутого кольца и представляет собой трижды статически неопределимую систему, в которой внешние силы приложены не симметрично и изменяют свое значение. Но нагруженный участок между двумя опорными катками Oi и 0 2 имеет не большую кривизну по сравнению с радиусом кривизны, у не го отношение высоты кольца h к радиусу кривизны р состав
ляет h = |
Поэтому с некоторыми допущениями |
обод кольца между катками можно рассчитать как защем ленную прямолинейную балку. Реактивные моменты в ме стах защемления определяют по формулам:
от действия силы Р02
М2 = — к Р 02М з 2 |
|
|
||||
|
|
L2 |
|
|
|
|
от действия силы P0i |
|
|
|
|
|
|
A V ----- k ^ -^ (4 U , |
- |
3/,2 - |
L2) . |
(2.125) |
||
от действия силы Р0кр |
|
|
|
|
|
|
М / = |
к ^£>(4Lq |
- |
3q2 - |
L2) , |
|
|
где к — коэффициент, |
учитывающий |
влияние |
отброшенной |
|||
части кольца |
ротора, |
ориентировочно |
принимают |
|||
к = 0,7ч-0,8. |
|
|
|
|
|
|
Расчетный момент в сечении приложения сил Poi и Р02
|
М3 = М2"—М2'—М2 + R211. |
(2-126). |
|
Напряжение |
в сечении ротора |
аи = M3/W. |
Если отношение |
h/p<V6, то |
расчет производят |
как для замкнутого кольца, |
имеющего трижды статически неопределимую систему. Дей ствующие силы Poi; Р02 и Рок приводят к одной равнодейст вующей по правилу сложения сил.
Максимальный изгибающий момент слагается от действия
двух сил Роь Р02; его можно представить выражением |
|
|
Мтах = ЕР01 г sin а + £P0,h + k |
(4Lq - q2 - L2) |
(2.127) |
LMB = 0 RBL — —Tj-^Vp' + V > - |
gpviVi + |
Рок ^OK Pol Го1 ^02^ |
= 0. |
Окружное усилие на приводе ротора определим по формуле 1020 Np Tip
ск vp
Суммарную мощность, затрачиваемую на привод ротора, примем из уравнений (2.106), а максимальный крутящий мо мент из (2.108). По уравнениям (2.128) найдем значение ре акций RA и RB.
При расчете раму рассматриваем как балку, лежащую на двух опорах. После определения реакций построим эпюры пе ререзывающих сил, изгибающего момента, крутящего момен та и найдем максимальный изгибающий момент, на который и рассчитываем сечение балки.
Балку проверим на касательное напряжение от действия внецентронно приложенных сил. Общее напряжение в балке:
.АЛця |
S |
Mкр |
vv 1Г |
F |
w„ |
W |
|
|
где S — горизонтально приложенная |
сила, растягивающая |
или сжимающая балку, ее принимают равной тяго вому усилию из формулы (2.109).
Эксцентрично приложенными силами, вызывающими кру чение балки, являются Рог и реакции на опорных катках из уравнений (2.123).
3. ТРАНШЕЙНЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
3.1. Краткие сведения о мерзлых грунтах
Почти вся территория СССР покрывается в зимний пе риод мерзлыми грунтами, причем более 10,5 млн. км2 зани мают вечномерзлые грунты, мощность залегания которых из меняется от нескольких метров до 1,5 км [16]. Поверхност ный слой вечномерзлых грунтов (деятельный слой) подвер
Время наличия мерзлых, грунтов (в месяцах) по районам страны
Индекс
района (см. рис. 3.1)
П1
П2
П3
П4
П5
П6
А„ |
|
О •I- |
о |
о•Iсл- |
О |
30—50 20-30
10-20
5 -1 0
|
Глубина разработки, ]м |
|
||
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
4,0 |
10 |
11 |
|
12. |
|
|
1 |
10 |
11 |
12 |
|
д |
|||
|
7 |
|
8 |
11 |
6 |
7 |
|
8 |
|
|
|
5 - 6 |
|
|
го характеристики промерзания грунтов в различных районах страны:
|
Ап = 2 (Hni*Vti), |
(3.1) |
|
|
1=1 |
|
|
где |
ti — среднее абсолютное |
значение температуры за каж |
|
|
дый зимний месяц; |
|
|
Но, — глубина промерзания грунта в каждом зимнем ме |
|||
|
сяце; |
в течение которых грунт име |
|
|
п — количество месяцев, |
||
|
ет отрицательную температуру. |
|
|
Распределения температур для указанных выше зон при |
|||
ведены на рис. 3.2. |
|
|
|
Прочность мерзлых грунтов по рекомендациям |
работы |
||
[16] |
оценивают числом ударов |
С динамического плотномера |
ДорНИИ (табл. 19). Число С комплексно, определяет физи ческое состояние грунта и прямо пропорционально усилиям резания. Оно входит в расчетные зависимости для определе ния усилий резания.
Влажность грунтов в зависимости от гранулометрическо го состава и района страны изменяется в значительных пре делах. Согласно СНиП II—Д. 5-—72 [24] вся территория
СССР разделена на 4 зоны: I — зона вечно- и многолетне мерзлых пород, II, III и IV — зоны сезонномерзлых грунтов:
II — зона избыточного увлажнения; III — значительного ув лажнения в отдельные годы; IV — недостаточного увлаж нения.
£ * с - к |
- /г |
-/<? |
- г |
- в |
- 4, |
- г |
Рис. 3.2. |
Изменение |
средней температуры грунта |
||
в зонах |
в зимний период года в |
зависимости от |
||
|
|
|
глубины |
|
В работе |
[17] |
проведено деление зоны I еще на 4 района |
||
(рис. 3.3): |
Ii — высокой |
влажности |
сезоннооттаивающего |
слоя {влажность грунтов со выше влажности границы текуче сти ©т); h — умеренной влажности [©= (0,8—1,0)©т] ; 1з — малой влажности сезоннооттаивающего слоя (©<0,8©т); 1-4 — островной вечной мерзлоты [©=(0,7—1,0)©т] -
Рис. 3.3. Схема дорожно-климатического районирования
Число ударов С для мерзлых грунтов различного типа и состояния (шкала сопротивляемости мерзлых грунтов по числу С) по А. Н. Зеленину
Грунт |
Влаж |
|
ность |
—1 |
|
|
W, % |
|
|
|
|
|
12,0 |
40-50 |
Супесь |
15,0 |
65-75 |
|
19,0 |
75-85 |
|
28,0 |
65-75 |
|
10,0 |
28-33 |
Суглинок |
20,0 |
60-70 |
' |
25,0 |
70-80 |
|
30,0 |
65-75 |
|
59,0 |
40-45 |
|
17,0 |
35-40 |
Глина |
24,0 |
55-60 |
|
31,0 |
65-70 |
|
49,0 |
40-45 |
|
6,0 |
12-14 |
Песок |
8,0 |
25-30 |
|
11,0 |
504-55 |
|
18,0 |
150-160 |
—3
55-65
1054-120
140-160
120-130
34-37
110-120
150-160
100-110
50-60
70-80
90-100
120-130
654-70
15-18
35-38
654-70
о см •I* о о (М
Температура, 0'С |
|
|
|
|
|
|
—5 |
—10 |
—15 |
—25 |
—40 |
||
,90+95 |
140-155 |
170--185 |
230 |
-240 |
310 |
-330 |
1504-170 |
2004-230 |
270-290 |
330-360 |
420 |
-435 |
|
200-230 |
270-300 |
340—360 |
450-480 |
500—.530 |
||
165-190 |
215-230 |
280-300 |
400 |
-420 |
460 |
-480 |
36-40 |
40'—43 |
43-50 |
50-56 |
70 |
-80 |
|
150-185 |
215-235 |
240-260 |
375-385 |
450 |
-470 |
|
195-220 |
250-280 |
3204-340 |
4254-460 |
4804-520 |
||
140-150 |
210-230 |
250-270 |
350-370 |
420-440 |
||
75-80 |
110-125 |
165-175 |
220-240 |
285 |
-315 |
|
100-110 |
150-165 |
180-200 |
250-270 |
290 |
-315 |
|
125-135 |
190-210 |
220-235 |
270-285 |
340-380 |
||
140-160 |
230-250 |
290-310 |
290-320 |
380-420 |
||
904-100 |
1354-145 |
180-190 |
235-245 |
280-310 |
||
20-22 |
25-27 |
284-30 |
324-35 |
404-45 |
||
40-45 |
50-53 |
- |
60-65 |
- |
||
854-90 |
954-100 |
110-115 |
120-130 |
140-150 |
||
220-230 |
240-250 |
260-280 |
285-300 |
325 |
-340 |
|
Характерные значения влажности грунтов для зон |
|
|||||
Т р у п т |
|
|
З о н а |
|
|
|
|
ii |
Ь |
1э |
14, II |
III |
IV |
||
|
|||||||
Глина |
52 —65 |
42-52 |
32-40 |
30-36 |
21-27 |
17-22 |
|
Суглинок |
33-52 |
27-42 |
20-32 |
18-30 |
13-21 |
11-17 |
|
Супесь |
22-33 |
18-27 |
14-20 |
104-18 |
84-13 |
64-11 |
|
Песок |
16-22 |
12-18 |
8 -1 4 |
54-10 |
3-48 |
24-6 |
Характерные значения влажности грунтов для указанных зон приведены в табл. 20 [17, 18].
3.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ
По ГОСТ 19618—74 отечественная промышленность вы пускает два типа траншейных экскаваторов: ЭТЦ — экска ватор траншейный цепной и ЭТР — экскаватор траншейный роторный.
Экскаваторы изготавливают на базе гусеничных и колес ных тракторов (ЭТР-134, ЭТР-162, ЭТР-253А, ЭТЦ-165, ЭТЦ-208В и т. д.) или специальных тягачей (ЭТР-204, ЭТР-223, ЭТР-224, ЭТР-254).
Навесное оборудование траншейного экскаватора состоит из следующих основных механизмов: рабочего органа, отваль ного устройства, зачистного башмака, ходоуменынителя, ме ханизма подъема и опускания рабочего органа.
У большинства экскаваторов^привод механизмов передви жения, подъема и опускания рабочего органа гидравличе ский, а привод рабочего органа механический. У экскаватора
ЭТР-134 привод всех механизмов |
гидравлический [19, |
23, 25]. |
|
В конструкциях роторных экскаваторов получили распро |
|
странение две компоновочные схемы |
машин: с полуприцеп- |
ным и навесным рабочим органом. Полуприцепная схема* ко гда рабочий орган в транспортном и рабочем положениях опирается на колесную опору, показала себя наиболее пер спективной для мощных и тяжелых роторных экскаваторов (ЭТР-253А, ЭТР-254). Навесной вариант, когда рабочий ор ган в транспортном положении удерживается на весу, а в ра-