17 Расчет усилий и мощности привода подъема и напора прямой лопаты.

Усилия, действующие на рабочее оборудование прямой мех-лопаты в процессе копания, определяются в расчетных положениях 1—IV ковша и рукояти (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Схема к определению подъемного и напорного усилий

Подъемный механизм. Усилия в подъемном канате S п i. (кН)

при черпании породы в любом положении ковша относительно за­боя, которыми обусловливается нагрузка двигателя механизма подъема, определяются из уравнения моментов, учитывающего действие составляющих силы сопротивления породы копанию Р 01 (кН) и Р 02 (кН), веса ковша с породой G_К+П (кН) и веса рукояти G_Р (кН) относительно оси напорного вала О:

S_ni = [Po1 r1 + (Gk+п r3 + G_P r4) cos y_p + P02 r]/r2 sin B , (15.3)

где r, r1, r2, r3, r4, y_P , B — соответственно плечи действия сил до оси напорного вала и углы наклона рукояти и подъемного каната (по схеме рабочего оборудования лопаты).

Расчетная сила сопротивления породы копанию Po1 на зубь­ях ковша на высоте Н_в напорного вала, направленная по касатель­ной к траектории резания, составит

P01 = K_Ft max b = K_F E / Hв Kp, где K_F— коэффициент сопротивления породы копанию, кПа. Нормальная составляющая силы Ро2 перпендикулярная к траектории, для положения //рукояти может быть принята

Po2=0.1 P01. Значения Р02 зависят от величины развиваемого напорного усилия. Составляющая Po1 приложена почти перпендикулярно к руко­яти, в силу чего Ро2 может иметь плечо r относительно оси О, однако оно весьма мало и в расчетах может быть принято равным нулю.

Напорный механизм. Напорное усилие определяется для трех положений ковша (см. рис. 15.1): /— начало копания; ///— конец копания на полном вылете рукояти; IV — вынос груженого ковша на полный вылет рукояти на максимальной высоте.

Направленное вдоль рукояти усилие, развиваемое напорным механизмом S_H._a (кН) при ее выдвижении, называется активной си­лой напора:

S н.а = М_д i_H η н /r, (15.6)

где М_д — момент, развиваемый напорным двигателем, кН-м; i_H — передаточное число редуктора (от двигателя до напорного вала или барабана); r — радиус кремальерной шестерни или барабана, м; ηн = 0,75- 0,8 — кпд напорного механизма.

Мощность двигателя подъема N за период копания (II положение рукояти, см. рис. 14.1) определяется по формуле (14.2) при значениях Si = S_nII v_i = v_n, K_i = 1 и n_i =n_П=0,8+0,85, где n_П — к.п.д механизма подъема.

При повороте платформы с груженым ковшом (период t_p) двигатель механизма подъема, как правило, работает в тормозных режимах противовключения или динамическом. При этом ковш может быть поднят на максимальную высоту, а частота вращения двигателя со­ответствует «ползучим» скоростям. Поэтому среднюю скорость механизма подъема за время поворота груженого ковша на разгрузку можно принять равной (0,1+0,3) v_n.

Усилия, возникающие в механизме подъема за время поворота груженого ковша, можно определить из IV по­ложения рукояти (см. рис. 14.1) или по (формуле (14.3). Тогда мощность двигателя подъема за период поворота груженого ковша на разгрузку ±N'_n определяется из выражения (14.2) при значениях К_i = (0,1+0,3); Si = S_nIV; v_i = v_nи n_i =n_П. Знаки плюс и минус показывают, "что двигатель может работать как в двигательном, так и в генераторном режиме.

При повороте порожнего ковша к забою (период t_з) схемой управления приводом механизма подъема обычно предусматривается режим ослабления поля возбуждения двигателя, чем достигается увеличение номинальной час­тоты вращения двигателя на 10-20 % при спуске порожнего ковша. За расчетное усилие при спуске порожнего ковша следует принимать максимальное уси­лие, которое соответствует положению ковша при выдви­нутой на 1/2 рукояти. Величина S'_n определяется по формуле (14.3) для II положения рукояти (см. рис. 14.1) при условии, что ковш порожний.

В этом случае мощность двигателя механизма подъема N"_n определяется по формуле (14.2) при значениях К_i = (1,1+1,3); Si = S_nIV; v_i = v_nи n_i =n_П.

Таким образом, средневзвешенная мощность двигате­ля механизма подъема по предварительно построенным нагрузочной и скоростной диаграммам будет N_n(св) = (N_nt_K +N'_ntp + N"_nt_з)/t_ц

Механизм напора. По аналогии с механизмом подъ­ема для механизма напора при определении мощности двигателя за период копания t_K следует принимать усилие, соответствующее положению рукояти при (3 = 90° и у = 0. В соответствии с формулой

S_н.а.II=P₀₂=(0,5+1)Р₀₁.

При этом скорость перемещения рукояти принимается равной номинальной скорости механизма напора v_n .

Скорость напора должна быть достаточной, чтобы за время копания t_K произошло выдвижение рукояти на весь ход L. Поэтому выбранная скорость v_H не должна быть меньше v_H>L/t_K. Скорость возвратного хода рукояти берется в 1,7-2 раза больше скорости напора. Следова­тельно, мощность двигателя напора N_H за период копания определится по формуле (14.2) при значениях S_i=S_н.а.II , v_i = v_H

При повороте платформы с груженым ковшом на разгрузку (период tp) двигатель механизма напора в ос­новном будет работать в тормозном режиме, преодолевая сопротивления, создаваемые составляющими весов груженого ковша и рукояти, а также в некоторых случаях и составляющей усилия в механизме подъема (см. рис. 14.1, положение IV). Усилие в механизме напора при повороте на разгрузку определяется выражением (14.7) при P₀₂=0 для IV положения рукояти (см. рис. 14.1). Подобно тому как это происходит для механизма подъ­ема, перемещение рукояти в данном режиме также происходит при пониженных скоростях и может изме­няться от v_H =v_{H ном} до v_H - 0. Среднее значение скорости перемещения рукояти за период t_p можно принять равным (0,3+0,5) v_H. Тогда мощность двигателя механизма напора N'_H за этот период определится из формулы (14.2) при значениях K_i = 0,3+0,5; Si = S_н.а.II , v_i = v_H K_i, и n_i = n_H, где n_H=0,75+0,85 — к.п.д механизма напора.

При повороте платформы с порожним ковшом к за­бою (период t₃) одной из вероятных нагрузок для двига­теля механизма напора может быть нагрузка 5_{Н а к}, созда­ваемая составляющими весов ковша и рукояти:

S_н.а.V >G_K + G_p. (14.10)

Мощность двигателя механизма напора W'_K за период t_з определяется из формулы (14.2) при значениях Si = S_н.а.V и v_i = v_n. Тогда средневзвешенная мощность двигателя механизма напора за цикл работы

N_Н(св) = (N_Нt_K +N'_Нtp + N"_Нt_з)/t_ц