1.2.5. Экскавация торфа
Выполнение контрольной работы поможет студенту-заочнику глубже освоить теорию экскавации торфа из залежи и получить навыки в выполнении расчётов, связанных с экскавацией залежи. Перед выполнением контрольной работы студент должен изучить конструкции и принципы действия торфяных машин (по крайней мере тех, которые упоминаются в задачах), пользуясь учебными пособиями [4, 5] и справочниками [6]. Кроме того, нужно проработать страницы 16 25, 34 37, 39 51, 58 71, 75 77, 153 184 учебного пособия «Торфяные машины и комплексы» [2].
Номер задачи, которую нужно решить, студент находит как сумму трёх последних цифр номера зачётной книжки.
Задача 1. Одноковшовый экскаватор с ковшом ёмкостью i= 0,75 м3 экскавирует торф из карьера глубиной Н=3 м и углом наклона поверхности забоя α= –35° (рис. 25). Определить мощность привода на валу тяговой лебёдки, если скорость движения ковша по забою v=0,6 м/с, собственная масса ковша MК=560 кг, коэффициент сопротивления резанию торфа k=8 Н/см3, коэффициент трения ковша и тела волочения о поверхность забоя f=0,8, плотность залежи ρ=890 кг/м3, коэффициент наполнения ковша и разрыхления торфа kн=kр=1,16, а кпд передачи η=0,9.
Задача 2. Вычислить мощность привода, необходимую для разгона верхнего поворотного строения одноковшового экскаватора в течение 3с. Экскаватор оборудован по схеме драглайна с вылетом стрелы Н=12 м, масса ковша с торфом Mк=1150 кг, скорость вращения поворотного строения при установившемся режиме ω=0,56 рад/с.
Задача 3. Вычислить теоретическую длительность цикла копания (по несовмещенным операциям ) одноковшового экскаватора, имеющего вылет стрелы – 12м, высоту подъёма ковша над поверхностью залежи – 3,2 м, угол поворота для разгрузки ковша 120° градусов, скорость подъёма ковша – 1,2 м/с, скорость передвижения ковша при наполнении – 0,8м/с. Установившаяся скорость поворота верхнего строения – 5 об/мин, ёмкость ковша – 1 м3.
Задача 4. Определить производительность экскаватора и время поворота верхнего строения от угла 30град до угла 75град ( рис.26 ), если глугина карьера – 4,5м, ширина карьера В=8м и угловая скорость поворота верхнего поворотного строения – 0,005рад/с.
Задача 5. Для траншейного экскаватора ( рис 27 ) вычислить сечение стружки, срезаемой ковшом с поверхности забоя, и мощность привода ковшовой цепи двумя методами ( по силе сопротивления резанию и по удельной работе ), полагая коэффициент сопротивления резанию К= 13н/см2, если данные для расчёта следующие: ёмкость ковша- 0,075м3, шаг ковшей-1,12м, скорость ковшовой цепи – 0,4м/с, ширина траншеи В=0,4м, глубина транщеи- Н= 3м, скорость экскаватора – 0,13м/с,угол наклона ковшовой рамы – 50град, коэффициент наполнения Кн=1,1, коэффициент разрыхления Кр=1,2.
Задача 6. Экскаватор ТЭМП работает с производительностью Пэ=120 м3/ч торфа-сырца. Пренебрегая сопротивлением трения на кольцевой опоре поворотного строения экскаватора, вычислить мощность привода механизма поворота при следующих данных для расчёта: G=42000 кг; r=0,7 м; R0=8,2 м; I=6,3*105 кг*м2; ω=0,0023 рад/с.; Ар=1,2*105 Дж/м3; t=3 с; V=0,5 м/с; α0=0,6 и η=0,7.
Задача 7. Опредилить мощность сопротивления повороту верхнего строения, обусловленную силой реакции залежи на ковш экскаватора, работающего с производительностью Пэ=160 м3/ч. Остальные данные те же, что и в задаче 6.
Задача 8. Для траншейного экскаватора β=0 (рис. 27) задать скорости ковшовой цепи и передвижения экскаватора и вычислить мощность привода двумя методами, если коэффициент сопротивления резанию к=1,5 кг/см2, ёмкость ковша i=0,13 м3, шаг ковшей α=1,2 м, глубина карьера Hк=2,5 м и ширина карьера В=0,6 м.
Задача 9. Опредилить толщину стружки экскавтора поперечного копания, если производительность экскаватора Пэ= 90м3/ч, глубина карьера –3м, угол наклона поверхности забоя – 45 град и скорость передвижения экскавтора – 0,15м/с.
Задача 10. На рис. 28 дано вертикальное сечение карьера экскаватора типа ТЭМП. Вычислить момент сопротивления повороту верхенго строения экскаватора , обусловленного реакцией залежи на ковшовую раму, полагая коэффициент сопротивления резанию и деформации залежи равным 12н/см2 и скорости цепи – 0,6м/с.
Задача 11. Бульдозер работает на выравнивании поверхности карт (рис29). Найти распределение давления под гусеницами ( краевые давления ), если ширина отвала –3м, толщина снимаемой отвалом стружки –5см, среднее удельное давление гусениц на залежь – 39кпа и сила реакции на залежь приложена на высоте – 40см.
Задача 12. У экскаватора ТЭМП ковшовая рама заменена фрезой. Фреза имеет шесть режущих полос, расположенных вдоль образующих цилиндра. Длина поверхности забоя – 5м, скорость вращения фрезы – 25м/с, скорость перемещения по забою – 0,1м/с, диаметр фрезы Д=0,5м (рис 30).Определить угол и скорость вылета крошки из-под фрезы и мощностьна валу фрезы.
Задача 13. Штифтовый фрезер с шириной захвата В= 6,4м и диаметром Д= 0,214м производит фрезерование низинной залежи на глубину Н= 0,01м. Скорость передвижения – 1,74м/с, окружная скорость фрезы – 6м/с, число ножей в плоскости резания – 2. Определить мощность на валу фрезы. Как изменится мощность фрезерования , если в плоскости резания на фрезе оставить вместо двух один штифт.
Задача 14. Фрезер сплошного фрезерования имеет ширину захвата В= 3м, диаметр по концам ножей Д= 0,6м, скорость подачи – 0,5м/с, глубину фрезерования Н= 0,3м. Фреза вращается со скоростью 400об/мин. Определить необходимый вес обода фрезы и мощность фрезерования, если средняя пнистость залежи П= 0,02, но через каждые (в среднем) 2м пути фреза должна делать срезы пня условного диаметра 0,25м, коэффициент сопротивления резанию пня Кп= 1300н/см3.
Задача 15. Шнековый профилирощик поверхности карт (рис. 31) задан параметрами: ширина захвата В= 5,7м, диаметр шнека Д= 0,8м шаг шнека Н= 0,6м, скорость подачи – 0,12м/с, глубина фрезерования – 0,15м, коэффициент наполнения шнека – 0,4.
1.Задать угловую скорость вращения шнека.
2.Вычислить величину подачи шнека, среднюю толщину срезаемой витком стружки и мощность фрезерования, если коэффициент трения торфа о торф – 0,8 иторфа о сталь – 0,6.
Задача 16. Фрезер с шириной захвата 3м фрезерует залежь на глубину 0,5м. Скорость передвижения –0,4м/с, диаметр фрезы – 0,6м, окружная скорость фрезы по концам ножей 12м/с, число ножей в плоскости резания – 4 (рис. 30). Вычислить окружное усилие и величину силы реакции залежи на фрезу, мощность фрезерования.
Задача 17. При условии предыдущей задачи вычислить мощность на валу фрезы. Как изменится мощность фрезерования, если на фрезе оставить вместо четырёх два ножа.
Задача 18. Дисковая дренажная машина движется по залежи со скоростью 0,2м/с,прокладывает дрену глубиной 1,3м и шириной 0,12м. Диаметр фрезы 3м, окружная скорость 48м/с, число зубьев на окружности – 16. Вычислить удельный расход энергии и мощность на валу фрезы.
Задача 19. Дисковая фреза типа машины ДДМ имеет диаметр – 3м, момент инерции фрезы 1240кг.м2, скорость вращения – 360об/мин (рис 32). Скорость перемещения фрезы – 0,15м/с. На пути движения фреза прорезает ствол дерева диаметром 0,25м, сопротивление резанию которого составляет 1500н/см2. Определить , какое число оборотов будет иметь фреза к концу прорезания ствола.
Задача 20. Фреза для сплошного фрезерования имеет ширину захвата – 3,5м, диаметр 0,6м, номинальное число оборотов в минуту 300, производит фрезерование на глубину 0,02м. Масса фрезы 800кг., фрезер движется со скоростью 0,8м/с. Средняя пнистость – 0,025. Вычислить среднее значение мощности на валу фрезы и наибольшую площадь среза пня, которую фреза способна перерезать , если неравномерность скорости вращения фрезы допустить равной 1/15. Коэффциент сопротивления резанию торфа полагать 120кн/м2, пня-13500кн/м2. Всиреча с пнём наибольшего размера в среднем через каждые 1,5м.
Задача 21. С какой скоростью сможет двигаться фрезер при условии задачи 18, фрезеруя беспнистую залежь и имея мощность на валу фрезы , равную 18,4квт.
Задача 22. Определить удельный расход энергии на фрезерование , если ширина захвата 5м, окружная скорость вращения фрезы 10м/с, скорость подачи 1,5м/с, глубина фрезерования 2см. Измеренный на валу крутящий момент равен 470нм приугловой скорости вращения 28,5рад/с.
Задача 23. Удельный расход энергии фрезерования при нулевой пнистости составил 630кдж/м3, при пнистости равной 0,05 составил 1500кдж/м3. Вычислить удельный расход энергии на фрезерования пня.
Задача 24. Шнек дренирующей машины выполняет дрену прямоугольного сечения глубиной 2,5м и шириной 0,2м. Задать скорость движения машины и вычислить мощность на валу шнека, если длина его – 3,2м, диаметр – 0,2м, шаг витков – 0,18м, скорость вращения – 200 об/мин, коэффициент наполнения - 0,4, коэффициент сопротивления резанию – 500 кн/м2.
Задача 25. Удельный расход энергии фрезой фрезерного экскаватора составляет 0,69квт ч/м3 при пнистости 0,018. Вычислить удельный расход энергии на резание и на отбрасывание, выразив их в дж/м3, если диаметр фрезы – 0,6м и число оборотов в минуту – 950, скорость подачи – 0,05м/с.
Задача 26. Удельный расход энергии фрезой фрезерного экскаватора составляет 0,24 кВт*ч/м3 для беспнистой залежи. Вычислить удельный расход энергии на резание торфа, выразив его в Дж/м3, если диаметр фрезы 0,6 м и число оборотов ее в минуту 950, скорость подачи 0,05 м/с.
Задача 27. Определить удельный расход энергии на резание торфа при фрезеровании фрезой с шириной захвата 3м. Окружная скорость фрезы по концам ножей – 10м/с, скорость подачи – 1,2м/с, глубина фрезерования – 0,02м и измеренная на валу фрезы мощность – 20,6квт.
Задача 28. Пользуясь данными задачи 27, вычислить силу реакции залежи на фрезу и мощность сопротивления подаче, если угол определяющий угол приложения силы реакции залежи Фа=5 град. Фреза работает по схеме встречного фрезерования. Как изменится мощность сопротивления подачи, если фреза будет работать по схеме попутного фрезерования?
Задача 29. Определить мощность на валу фрезы и силу тяги на крюке трактора при фрезерование торфяной залежи, если глубина фрезерования – 0,012м, скорость передвижения – 1м/с, окружная скорость фрезы – 8,9м/с, коэффициент сопротивления резанию – 10н/см2, масса фрезера –2500кг,диаметр опорных колёс – 0,5м, общая длина колёс – 4м.
Задача 30. Колёсный фрезер послойно-поверхностного фрезерования, прицепной к трактору : мощностью – 39,7квт, массой – 5420кг, движется по залежи со скоростью – 1,5м/с. Ширина захвата фрезы с залежью 30 град, масса фрезера – 1500кг. На какую глубину можно производить фрезерование, если коэффициент сопротивления резанию составляет 15Н/см2.
Механическая переработка торфа.
Задачи данного раздела выполняются студентом после изучения машин и комплексов для добычи и производства торфяного куского топлива (Л1,Л2). Студент выбирает номер задачи по сумме двух последних цифр шифра зачётной книжки.
Задача 1. Перерабатывающее торф устройство работает с производитедьностью - 120м3/ч торфа – сырца . Определить мощность на валу пресса, если измеренная разность температуры торфа на входе и выходе оказалась равной 1,5 градуса. Принять : механический эквивалент тепла – 427кгм/ккал, теплоёмкость торфа при влажности – 78-87 % , принять равной 1ккал/кг, объёмный вес торфа – 800кг/м3.
Задача 2. Определить удельный расход энергии на переработку торфа – сырца, осевой молотковой дробилкой, если она работает с производительностью – 180м3/ч, а мощность привода 320квт и КПД трансмиссии –0,8.
Задача 3. На переработку 1м3 торфа – сырца, содержащего воздух в количестве 10% объёма, в шнековом прессе затрачено 1600кдж энергии. Определить затрату энергии на упругую деформацию объёма, если давление формования составляло 150кпа.
Задача 4. Перерабатывающее торф устройство работает с производительностью – 75м3/ч торфа – сырца. Опредлить мощность на валу перерабатывающего устройства, если измеренная разность температуры торфа на входе и выходе перерабатывающего устройства составляет 0,8град. Дополнительные данные в задаче 1.
Задача 5. Определить силу сопротивления движению массы в мундштуке цилиндрического сечения при следующих данных: (рис 33), R=0,1 м; r=0,03 м; l1=0,20 м; l2=0,08 м; Θ=0,6 Н/см2.
Задача 6. Пользуясь данными задачи 5, вычислить мощность на проталкивание торфа , если скорость движения массы в мундштуке равна – 0,5м/с.
Задача 7. Определить удельный расход энергии на переработку торфа – сырца осевой молотковой дробилкой , если её производительность равна 180м3/ч, а мощность двигателя 320квт.
Задача 8. При условии задачи 7 определить разность температуры торфа на входе и выходе дробилки. Дополнительные данные в задаче 1.
Задача 9. Экспериментальная шнековая установка для переработки торфа – сырца работала,имея производительность 7см3/с, разность температуры торфа на входе ивыходе установки оказалась равной 11град. Вычислить удельный расход энергии установки и мощность на приводном валу. Дополнительные данные в задаче 1.
Задача 10. Определить мощность на проталкивание торфа через мундштук ( рис 33 ) : Д=0,18м, д=0,05м, Л1=0,30, Л2=0,1м, скорость проталкивания – 10м/с, предельные напряжения сдвигу торфомассы – 50г/см2.
Задача 11. Определить мощность, затрачиваемую на поддержание вынужденных колебаний мундштука, масса которого с вибратором G=100 кг, амплитуда колебания A=0,002 м и частота колебаний n=6000 кол/мин.
Задача 12. Определить производительность перерабатывающего усройства , если мощность на его приводном валу составляет 30квт, а разность температуры на входе и выходе равна 1,2 С0. Дополнительные данные в задаче 1.
Задача 13. На переработку одного м3 торфа – сырца содержащего воздух в количесве 12% объёма, в шнековом прессе затрачено 2300кдж энергии. Определить затрату энергии на упругую деформацию объёма, если давление составляло 230кПа.
Задача 14. Определить амплитуду колебаний вибромундштука и мощность. затрачиваемую на его колебания, если G=50 кг; Qoe=7 кг/см; ω=100 рад/с.
Задача 15. Пользуясь данными задачи 14. Вычислить момент экоцентриков вибратора, если А=0,003 м.
Задача 16. Определить производительность и необходимую мощность привода шнекового транспортёра , если длина шнека Л=4м, шаг шнека Н=0,3м, диаметр шнека Д=0,4м, число оборотов шнека в минуту – 150. При вычислении полагать: среднее значение предельного напряжения сдвига для торфа – 380н/см2, коэффициент производительности транспортёра – 0,4, коэффициент наполнения шнека – 0,9.
Задача 17. Вычислить необходимую мощность привода подвижного дна бункера стилочной машины. Пластинчатое полотно дна движется , скользя по направляющим шинам. Ёмкость кузова-11м3. Скорость движения полотна –0,15м/с. Площадь дна бункера –6м2 ( рис 35 ). Пологать : предельное напряжение сдвига для торфа равным – 0,5н/см2, коэффициент трения стальной цепи полотна по стальным шинам – 0,2 и КПД привода – 0,8.
Задача 18. По условию задачи 17 определить силу, необходимую для подъёма заслонки во время работы транспортёра , если ширина стенки – 1,5м и коэффициент трения заслонки о направляющие 0,2.
Задача 19. Шнековый транспортёр с параметрами : Д= 0,3м, Н= 0,25м , Л1= 0,8м , Л2= 8,2м и число оборотов – 150об/мин, перемещает торф – сырец из перерабатывающего пресса стилочной машины. Определить производительность и необходимую мощность привода, если предельное напряжение сдвига торфа 3кпа и коэффициент производительности – 0,3. (рис 34).
Задача 20. Вычислить удельный расход энергии шнеком , используя данные задачи 19.
1.2.7. Пневматическая уборка и транспорт торфа.
Студент выбирает номер задачи по последней цифре шифра. Если цифра – 0 , то необходимо выполнить задачу 10.
Расчёт пневмотранспортных систем торфяных машин основан на теоретических положениях гидроаэродинамики . Основы метода расчёта пневмоуборочных машин изложены в работах / 1. 2 .3./ . Для решения предлагаемых задач необходимо предварительно ознакомиться с упомянутой выше литературой , где приведены все расчётные формулы по определению сборов торфа, концентрации торфовоздушной смеси, расхода и скорости воздуха и потребляемой энергии. В рассматриваемых задачах для решения их предполагается комбинированное использование двух и более расчётных зависимостей путём последовательного определения нужных параметров.
Задача 1. Определить сборы торфа пневмоуборочной машиной, имеющей 4 сопла с входным отверстием размерами – длина 0,05м, шириной 1,0м, общий расход воздуха в системе – 6,0м3/с. Поступательная скорость машины – 1,39м/с, коэффициент массовой концентрации – 0,1, скорость воздуха на входе в сопло – 15м/с.
Задача 2. Определить концентрацию аэросмеси при уборке фрезерного торфа пневмоуборочной машиной, если известно , что сборы торфа составляют – 1,5кг/м2, скорость воздуха на входе в сопло 25м/с, поступательная скорость машины – 1,67м/с. Ширина захвата одного сопла сечением – 0,05м2 составляет – 1,0м.
Задача 3. Определить мощность привода вентилятора пневмоуборочной машиной с четырьмя соплами, если концентрация торфовоздушной смеси – равна 1,0 , а площадь входного сечения сопла – 0,05м2. Общая производительность машины по торфу -–6кг/с, сопротивление системы пропорционально величене P = 0,33V2 ,КПД вентилятора – 0,6.
Задача 4. Какова скорость трогания частиц фрезерного торфа из слоя в сопло , если расход воздуха через сопло размером 0,05х 1,0 составляет – 1,25м3/с и при поступательной скорости машины – 1,39м/с обеспечиваются сборы – 1,2кг/м2, коэффициент массовой концентрации- 0,1.
Задача 5. Какой должна быть скорость всасывания воздуха в сопло с расходным отверстием 0,06х 1,0м, если при поступательной скорости W=1/5м/с обеспечивается производительность одного сопла – 2,6кг/с, а концентрация торфовоздушной смеси при этом составляет- 1,27.
Задача 6. Определить концентрацию торфовоздушной смеси, если при уборке торфа машиной с 8-ю соплами производительность её составляет-0,03м3/с, плотность торфа –300кг/м3. Скорость воздуха во входном отверстии сопла сечением –0,8х0,05м состовляет- 30м/с.
Задача 7. Имеются два сопла с размерами входного отверствия соответственно : 0,04х0,9м и 0,06х1,2м. Определить, у какого сопла быстрее затухает скорость всасывающего факела, если средняя скорость во входном сечении обоих сопел будет одинаковой. Во сколько раз скорость всасывающего факела одного сопла будет больше , другого на расстоянии – 0,1м от входного сечения?
Задача 8. Пневмоуборочная машина, имеющая 4 сопла, шириной- 1,0м, работает на скорости W=1,11м/с, при этом сборы торфа составляют –1,3кг/м2. Определить фактическую производительность машины и потери торфа, если эффективность пылеулавливающего циклона- 95%.
Задача 9. Определить мощность, потребную для привода вентилятора пневмоуборочной машины типа БПФ, если скорость на входе в сопло составляет – 28м/с, а сопротивление всей системы Р= 200кг/м2, КПД вентилятора – 0,6, КПД привода – 0,85. Размеры входного отверстия сопла 1,15х0,05м. Количество сопел – 4.
Задача 10. Определить размеры циклона Дн, Дв и Н, если время движения частиц материала в циклоне в радиальном направлении составляет 0,6с, скорость на входе в циклон – 20м/с, на выходе из циклона – 3м/с. Размеры входного патрубка циклона 0,3х 0,5м.