3. Расчет основных параметров рабочего оборудования

Основными факторами, определяющими параметры цепных дреноукладчиков, являются проектные размеры траншеи и техническая производительность в грунтах определенной категории.

Одним из основных параметров является угол наклона рабочей ветви ковшовой цепи к дневной поверхности _р.о, который также называют углом наклона рабочего органа к горизонту. При максимальной глубине траншеи угол _р.о принимается равным 48...55, при минимальной глубине – не менее 15° 5

Принимаем =

Усилие копания, энергоемкость и надежность во многом зависят от геометрических параметров режущих кромок . Задний угол ₃ принимается равным 7...8.Принимаем = . Угол заострения ₂ – 25...30. Принимаем = . При меньших значениях угла ₂ снижается усилие резания, но снижается и прочность кромки.

Во избежание трения между боковыми стенками траншеи ширина ковша b_к принимается меньшей, чем ширина траншеи b_т:

b_к = b_т – 2a, (3.1)

b_к =0,55-2∙0,05=0,45м

где a – зазор между стенкой ковша и стенкой траншеи, a = 30...50 мм. Принимаем а=50 мм.

С целью обеспечения легкосъемности зубья могут иметь пирамидальный хвостовик, которым они вставляются в карманы (гнезда или державки), приваренные к тыльной стороне ковша в передней его части. Ширина зуба b_з принимается приблизительно равной 0,15 b_{к ,}

b_з=0,15b_к (3.2)

b_з =0,15∙0,45=0,0675м

Рисунок 3.1 – Эскиз зуба с размерами

Ориентировочно длину выступающей из державки части зуба предварительно можно принять равной ширине зуба. Зубья располагаются согласно рекомендации

5:

Рисунок 3.2 – Обозначение основных размеров ковша и цепи

a_з = (1,2...2,0) b_з. (3.3)

a_з =(1,2…2,0)∙0,0675=(0,081…0,135). Принимаем a_з=0,11 м

Боковые плоскости рабочей части зуба для уменьшения сил трения скошены к тыльной части на 5…7. Длина рабочей части принимается близкой ширине зуба, а его толщина определяется при прочностных расчетах.

Уклоны поверхностей и радиусы сопряжений и скруглений принимаются в зависимости от способа изготовления зуба по технологическим требованиям отливок или поковок.

Угол 10^о, =8^о

Расчетная вместимость ковша V_к находится из условия обеспечения заданной технической производительности П_т по выносной способности.

П_т = V_к z_р k_н / k_р, (3.4)

где k_н – коэффициент наполнения ковша;

k_р – коэффициент разрыхления грунта.

Для грунтов второй категории k_н принимается равным 1,15.

Значение k_р принял по табл.1 приложения. для грунтов второй категории k_р=1,2

Решив уравнение (3.4) относительно V_к, получим

V_к = П_т k_р / z_р k_н. (3.5)

Принимаем z_p 1,2c^-1

V_к =0,047∙1,2/1,2∙0,8=0,058м³

Шаг цепи l_ц определяем по формуле:

l_ц = (0,5...0,7) . (3.6)

l_ц =(0,5…0,7) =0,18…0,25м

Принимаем из нормального ряда шагов цепей l_ц =190мм.

Высота звена цепи h_ц = (0,2...0,4) l_ц (3.7)

h_ц =(0,2…0,4)∙190=38…76мм

Принимаем h_ц=50мм.

Основными параметрами ведущей звездочки являются число граней звездочки z_зв и радиус вписанной окружности звездочки r_зв.

Принимаем z_зв=8.

Здесь r₁ – радиус описанной вокруг звездочки окружности.

Выразим r_зв через уже принятые величины L_ц, h_ц и . Значение  можно считать известным, так как уже принято число граней звездочки z_зв

 = 2 / z_зв (3.8)

 = 360^о/8=45^о

r_зв=[l_ц/2tg(δ/2)]-h_ц/2 (3.9)

r_зв=[190/2tg(45^о/2)]-50/2=206мм

r₁ = r_зв /cos ( (3.10)

r₁ = 206/cos (50=224 мм

Р исунок 3.3 – Схема к определению вместимости ковша

и размеров ведущей звездочки.

Расчетной высотой ковша h_к . Высота определяется через r₁:

h_к=(1,1...1,2)r₁. (3.11)

h_к =(1.1…1.2)∙224=246,4…268,8мм

Принимаем h_к=260

В соответствии с принятыми обозначениями радиусом днища ковша r_к

r_к = r_зв + h_ц + h_к (3.12)

r_к=206+50+260=506мм (3.13)

Расчетной длиной ковша L_к считается отрезок GE, длину которого можно рассчитать, используя теорему Пифагора:

L_к = (3.14)

L_к= =448мм (3.15)

После определения размеров ковша рассчитывается его геометрическая вместимость V_к.

V_к = h_к² tg ₁ + r_к² ₂ – L_к(r_к - h_к) /2. (3.16)

V_к =[0,26²∙tg10^о+0,51²∙1,13-0,45(0,51-0,26) ∙0,45]/2=0,043м²

Определяем шаг ковшей по формуле:

Т_к=v_ц/z_p. (3.17)

Принимаем v_ц=1,5 м/с

Определяем частоту разгрузок z_p

z_p= (3.18)

z_p= =1,63с^-1

Т_к =1,5/1,63=0,92м

Шаг ковшей должен быть кратен шагу цепи.

n_зв=Т_к/l_ц (3.19)

n_зв=0,92/0,19=4,8

Принимаем 5 звена.

Т_к = n_зв∙ l_ц =0,19∙5=0,95м

Уточняем V_ц

V_ц=1,63∙0,95=1,54 м/с

Принимаем пониженное значение z_p ,

Z_{р пон}=0,6∙Z_Р . (3. 20)

Z_{р пон}=0,6∙1,63=0,97 с^-1.

Принимаем Z_{р пон}=1 с^-1.

Определяем предельную частоту разгрузок из условия непересыпания грунта из ковша в ковш по формуле:

z_пр = b / (T_к ) , с^-1 (3.21)

где b = 515 мм и h = 475 мм ( рисунок 3.4 ).

z_пр =0,515/(1 ) = 1,65 с^-1.

Определим диапазон рабочих скоростей передвижения:

v_п^ном = П_т/А ,м/с (3.22)

где П_т – техническая производительность. По заданию П_т= 0,05м³/с

А – площадь поперечного сечения траншеи,м²

Найдем плошадь поперечного сечения траншеи:

А=b h ,м² (3.23)

где b – ширина траншеи.По заданию b = 0.55 м

h – глубина траншеи.По заданию h = 2,2 м

А= 0,55 2,2 = 1,21 ,м²

v_п^ном = 0.047/1.21 = 0.038 м/с =136 м/ч

Определим максимальную скорость:

v_п^mах = П_т^max/А^min

где П_т^max – максимальная производительность, м³/с;

А^min – минимальная площадь поперечного сечения траншеи , м²;

П_т^mах = V_к z_p (k_н^max/k_р^min) ,м³/с (3.24)

где k_н^max – коэффициент наполнения ковшей при благоприятных условиях.

Принимаем k_н^max=0.95

k_р^min – коэффициент разрыхления.

Принимаем k_р^min=1.18;

П_т^mах = 0,043 1,63 (0.95/1.18) = 0.058 м³/с;

Расчитаем минимальную площадь траншеи:

А^min = b h^min , м² (3.25)

где h^min- минимальная глубина траншеи, h^min=0.8 м;

А^min = 0.55 0.8=0.44 м²;

v_п^mах = 0.058/0.44 =0.131 м/с=471,6 м/ч;

Определим минимальную скорость :

v_п^min = П_т^min/ A^mах (3.26)

где П_т^min – минимальная производительность, м³/с;

А^max –максимальная площадь поперечного сечения траншеи , м²;

П_т^min = V_к z_p¹ (k_н^min/k_р^max) ,м³/с (3.27)

где k_н^min – коэффициент наполнения ковшей при тяжелых условиях.

Принимаем k_н^min=0.7

k_р^max – коэффициент разрыхления.

Принимаем k_р^max=1.2;

П_т^min = 0,081 1 (0.7/1.2) = 0.04,м³/с;

Принимаем А^max = A по заданию. А^max = 1,21 м²

v_п^min = 0,04/ 1,21 = 0.03 м/с =108 м/ч;

Определяем размеры стружки для номинального режима работы.

Подача на ковш:

c = v_п / z_р ,мм (3.28)

c = 0.038 / 1,63 = 0,023 м = 23 мм

Определяем угол наклона забоя к горизонту:

β = arctg [(v_ц sin α_р.о)/(v_ц cos α_р.о + v_п)]. (3.29)

β = arctg [(1,5 sin 50º)/(1,5 cos 50º + 0,038)]=48,2º

Определяем толщину стружки

δ = c sin β ,мм; (3.30)

δ = 23 sin 48, 2 = 17,02 мм;

Рисунок 3. 5 – Схема стружки

Результаты расчетов основных параметров сведем в таблицу 3.1

Таблица 3.1 Основные параметры экскаватора - дреноукладчика

Наименование параметра	Размерность		Значение
Глубина траншеи, H	м		2,2
Ширина траншеи, b	м		0,55
Техническая производительность, Пт	м3/ч		170
Угол наклона рабой ветви к дневной поверхности, αр.о	град		50
Объем ковшей,Vk	м3		0,043
Номинальная частота разгрузок, zp	с-1		1,63
Минимальная частота разгрузок, zp1	с-1		1
Минимальная скорость,vпmin	м/ч	108
Номинальная скорость ,vпном	м/ч	136
Максимальная скорость, vпmax	м/ч	471,6
Скорость цепи, vц	м/с	1,54
Шаг ковшей ,Тк	м	0,95
Шаг цепи, lц	м	0,19