5.5 Статический расчет одноковшовых экскаваторов.

Цель статического расчета – определение условий устойчивости экскаватора во всех возможных случаях его эксплуатации. Устойчивость достигается соответствующим сочетанием масс механизмов, оборудования и металлоконструкций.

В задачу статистического расчета входит: уравновешивание поворотной платформы, определение противовеса и проверка общей устойчивости экскаватора, а также определение реакций опорных катков платформы, захватов и центрирующей цапфы.

Поворотная платформа находится в равновесии при условии, что результирующая сил тяжести поворотной части экскаватора не выходит за пределы опорного периметра, проходящего через срединные точки линий контактов катков с опорным кругом катания при повороте платформы. Это же условие служит основанием для определения минимального веса противовеса. Его рассчитывают для оборудования экскаватора прямой лопатой и проверяют для других видов рабочего оборудования.

Расчет производится для двух положений загрузки ковша: первый соответствует возможности выхода результирующей сил тяжести поворотной части экскаватора за пределы опорного периметра в сторону противовеса (назад).

Возможность опрокидывания вперед поворотной платформы экскаватора, оборудованной прямой лопатой проверяют для положения, когда стрела наклонена под углом к горизонту на 30-40⁰, рукоять горизонтальна и выдвинута на ²/₃ своего хода, ковш наполнен грунтом, рабочее оборудование расположено вдоль гусениц.

При этом вес противовеса G^в_пр можно определить из уравнения равновесия относительно точки В (рис. 5.24 а ):

; (5.37)

Возможность опрокидывания поворотной платформы назад проверяют для положения, при котором стрела наклонена под углом 55-60⁰ к горизонту рукоять вертикальна, ковш без грунта находится у пяты стрелы и оперт на грунт. Значение G^н_пр находят из уравнения моментов сил относительно точки А (рис. 5.24 б):

; (5.38)

Принятый вес G_ф находится из уравнения:

G^н_пр< G_ф>G^в_пр ; (5.39)

При проверке противовеса обратной лопаты для случая опрокидывания вперед предполагают, что груженый ковш вышел из забоя и экскаватор начинает поворачиваться на выгрузку. Для случая опрокидывания платформы назад предполагают, что ковш при максимальном вылете рукояти опущен на землю, его масса полностью воспринимается грунтом, а на платформу действует половина веса рукояти и стрелы. Для обоих случаев составляют уравнения моментов сил относительно точек А и В.

Рис. 5.24 Схема к определению веса противовеса при рабочем оборудовании прямая лопата: а – случай опрокидывания вперед; б – то же, назад.

Противовес при оборудовании драглайна проверяют по тем же зависимостям, что и для прямой лопаты. При проверке на опрокидывание вперед считается, что груженый ковш поднимается, стрела наклонена к горизонту на угол 30⁰, при опрокидывании назад - ковш опущен на грунт, угол наклона стрелы составляет 45-50⁰.

Общую устойчивость экскаватора с прямой лопатой проверяют при двух рабочих и двух транспортных положениях. Одно из рабочих положений соответствует самому неблагоприятному случаю работы, второе – преодолению препятствий в грунтовом массиве. В транспортных положениях проверка выполняется для преодоления наибольшего заданного подъема и спуска по максимальному заданному уклону.

Наиболее неблагоприятный случай производства работ соответствует положению ковша, при котором его режущая кромка находится на уровне оси напорного вала, ковш наполнен грунтом, рукоять выдвинута к горизонту под углом 35-40⁰, рабочее оборудование расположено поперек гусениц, работа происходит на горизонтальной площадке (рис. 5.25).

Устойчивость оценивают коэффициентом устойчивости К_у, определяемым по формуле:

; (5.40)

где ΣМ_у – сумма моментов сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания; ΣМ₀ – сумма моментов сил, опрокидывающих экскаватор.

Коэффициент рабочей устойчивости определяют из уравнения равновесия сил, действующих на машину относительно точки А.

Для универсальных одноковшовых экскаваторов с прямой лопатой К_у=1,05…1,1.

Расчет на преодоление препятствия в грунтовом массиве выполняют при следующих условиях: рабочая площадка горизонтальна, стрела наклонена под углом 45⁰ к горизонту, подъемный канат – вертикальный, рабочее оборудование расположено поперек гусениц, касательная к траектории резания реакция грунта – максимальная, а параллельная к траектории резания реакция грунта равна нулю.

Рис. 5.25 Схема к определению рабочей устойчивости экскаватора, оборудованного прямой лопатой.

Касательная к траектории копания реакция грунта Р_к зависит от максимального подъемного усилия Р_под и определяется из условия равновесия всех сил, действующих на ковш без грунта и рукоять относительно оси напорного вала.

Усилие Р_под при однодвигательном приводе определяется исходя из передачи всей мощности двигателя на подъем, а при многодвигательном приводе соответствует стопорному моменту на валу подъемного двигателя.

Устойчивость экскаватора для случая преодоления наибольшего подъема проверяется при условии, что рабочее оборудование направлено в сторону перемещения экскаватора, стрела наклонена под минимальным рабочим углом к поверхности площадки, рукоять выдвинута полностью, ковш без грунта находится у земли, направление ветра встречное с давлением р=0,25 кПа, К_у=1,2.

Для случая движения под уклон устойчивость проверяется при максимальном угле наклона стрелы к поверхности площадки, свободно висящей рукояти и такими же положениями ковша, давлением и направлением ветра и запасом устойчивости, как и в предыдущем случае.

Общую силу от действия ветра определяют по формуле:

; (5.41)

где F – наветренная площадь стрелы и кабины, м².

Устойчивость обратной лопаты проверяют по двум расчетным схемам. В первом случае предполагает, что ковш встретил непреодолимое препятствие при выходе из забоя. Тяговый барабан при этом заторможен, и вся мощность двигателя расходуется на подъем рабочего оборудования.

Второе расчетное положение соответствует разгрузке липкого грунта на максимальном вылете ковша.

Устойчивость драглайна проверяют в положении, соответствующим повороту его на выгрузку. Угол наклона стрелы принимают равным 25-30⁰. При этом ковш наполнен грунтом и подтянут к голове стрелы, экскаватор работает на уклоне с углом 3-5⁰. Кроме весовых и ветровой нагрузок дополнительно учитываются силы инерции стрелы и ковша с грунтом.

Реакции опорных катков, захватов и центрирующей цапфы определяют при оборудовании прямой лопатой, когда реакции наибольшие. Расчет ведут по наиболее неблагоприятному случаю, возникающему при направлении стрелы в плане на угол гусениц, угол наклона стрелы при этом принимается наименьшим.