Учебное пособие 800664

а - прямая лопата; б - обратная лопата; в - драглайн

Расчетное положение и геометрические размеры плеч принимают при горизонтальном положении рукояти, вертикальном положении подъемного каната, почти полностью заполненном ковшом и действующим усилием копания. Плечо напорного усилия, приложенное к вершине зубьев ковша, принимают по высоте зубьев над шарниром крепления к рукояти.

где Рк = b∙δ∙k – усилие копания;

b – ширина стружки (ширина по крайним зубьям); δ – толщина стружки;

k – удельное сопротивление копанию, H/м2. Удельное сопротивление копанию зависит от категории грунта, которую Н.Г. Домбровский определяет следующими характеристиками (табл. 6.4)

170

Рн = ψ·Рк – напорное усилие; ψ ≈ 0,2÷0,6 – зависит от плотности грунта и состояния режущей кромки ковша;

Gкг – сила тяжести ковша с грунтом; Gp – сила тяжести рукояти (рис. 6.14).

Рис. 6.14. Расчетное положение оборудования прямой лопаты

По величине максимального подъемного усилия при копании назначают кратность полиспаста лебедки подъема ковша и выбирают диаметр подъемного каната с коэффициентом запаса кзап≈ 6.

Скорость подъема ковша при независимом напоре рекомендуется назначать в зависимости от емкости ковша (табл. 6.5).

Таблица 6.5 Рекомендуемые скорости подъема ковша прямой лопаты

Мощность привода подъемной лебедки прямой лопаты вычисляют по формуле

где ηп , ηл – КПД полиспаста и КПД подъемной лебедки соответственно. Современные экскаваторы с оборудованием прямой или обратной лопаты

выполняют с гидравлическим приводом (рис. 6.15). Для обратной лопаты это наиболее рациональное решение. В строительной отрасли экскаваторы с оборудованием обратной лопаты широко используются при копании котлованов под промышленные и гражданские здания, для копания траншей

171

под различные коммуникации: канализационные, водоснабжения, энергоснабжения.

Рис. 6.15. Общий вид экскаваторов с гидроприводом обратной и прямой лопаты

На рис. 6.16, а показана максимальная траектория зуба ковша, которая обеспечивается при манипуляции стрелой, рукоятью и ковшом обратной лопаты. Зона перемещения ковша ниже уровня стояния экскаватора образуется при копании грунта. Зона перемещения ковша выше уровня стоянки обеспечивается при его разгрузке.

Копание грунта обратной лопатой можно выполнять как поворотом ковша относительно шарнира О (рис. 6.16, б), так и поворотом рукояти относительно шарнира В или поворотом стрелы относительно шарнира А.

Определение параметров гидроцилиндров управления элементами рабочего оборудования обратной лопаты рассмотрим на примере определения параметров гидроцилиндра управления ковшом (рис. 6.16, б).

Усилие в тяге Т поворота ковша определяют из суммы моментов сил относительно точки О с учетом силы тяжести ковша с грунтом, силы копания на зубьях ковша Р01 , реакции грунта Р02, силы трения передней стенки ковша о грунт. Плечи действующих сил определяют для принятых положений ковша при графическом отображении его характерных точек в удобном масштабе. Таких положений может быть несколько в зависимости от задачи копания грунта. В расчетном положении 1К уравнение моментов сил будет иметь вид

Определив для нескольких положений ковша усилие в тяге Т, для дальнейших расчетов принимают его максимальное значение Тмакс.

Необходимую площадь поршня Sцк = Рцк/ qгс гидроцилиндра ковша при рабочем давлении в гидросистеме qгс определяют по усилию на штоке гидроцилиндра Рцк , найденного из уравнения моментов сил относительно точки С:

172

Усилие штока гидроцилиндра поворота ковша можно также определить графически из треугольника сил задействованных элементов при известном усилии тяги Т для принятого положении ковша.

а б Рис. 6.16. Схема экскаватора с оборудованием обратной лопаты:

а - максимальная траектория зуба ковша; б - расчетная схема обратной лопаты

Аналогичный подход, опираясь на ранее полученные результаты, используют для определения параметров гидроцилиндров управления рукоятью и стрелой путем составления моментов сил относительно точек В и А соответственно.

6.3. Роторные режущие органы

Другую группу экскаваторов составляют экскаваторы непрерывного действия. К ней относятся роторные, цепные и безковшовые (фрезерные) экскаваторы (рис. 6.17 - 6.19). Экскаваторы непрерывного действия используют на грунтах I - III категории на объектах с большим объемом монотонных землеройных работ, таких как вскрышные работы в карьерах, при добыче

173

полезных ископаемых, копание траншей под магистральные коммуникации, устройство каналов и выемок определенного профиля без дополнительных доработок.

Рис. 6.17. Общий вид роторного экскаватора для вскрышных работ

Рис 6.18. Общий вид роторного траншейного экскаватора

174

Рис. 6.19. Общий вид цепного траншейного экскаватора

По существу каждый ковш роторного или цепного экскаватора, перемещаясь по замкнутой траектории относительно специальной металлоконструкции, установленной на машине, имеет периоды копания (наполнения) ковша, его транспортировки, разгрузки, возврата в забой. Совокупная разгрузка ковшей ротора на транспортирующее устройство позволяет выдавать с отвального транспортера такого экскаватора непрерывный поток разрыхленного грунта.

Процесс экскавации роторным экскаватором осуществляется при совмещении двух движений – вращении ротора относительно собственной оси и повороте плоскости ротора стрелой относительно вертикальной оси вращения экскаватора. Подъем, опускание стрелы ротора, передвижение экскаватора относительно забоя обычно являются установочными движениями перед заходом для снятия очередной стружки (рис. 6.20).

Рис. 6.20. Схема перемещения ротора в забое

175

где Кн = 0,95-1,4 – коэффициент наполнения ковша взависимости от типа грунта;

Кр = 1,05-1,45 – коэффициент разрыхления грунт в заисмости от типа

грунта;

Кз = 1 - tпер/tраб – коэффициент влияния забоя, связанный с временем передвижения экскаватора между циклами работы. Зависит способа организации работ в забое;

Ку = 0,88-0,98 – коэффициент влияния управления (ручное или автоматическое при изменении режима работы);

Кис = 0,93-0,95 – коэффициент использования сменного времени. Конструктивные параметры рабочего органа роторного экскаватора во

многом определяют его эксплуатационные показатели. Рабочий орган роторного экскаватора характеризуется диаметром ротора Dр, числом ковшей z и их емкостью q. Рациональное количество ковшей ротора с учетом группы прочности грунта обычно принимают z = 6÷12.

Выбор диаметра ротора является многофакторной задачей. Правильный выбор диаметра ротора позволяет решить ряд задач:

-обеспечить заданную теоретическую производительность;

-обеспечить эффективную разгрузку ковшей;

-разместить внутри ротора приемно-питающее устройство;

-обеспечить возможность разработки забоя с кратной высотой стружки;

-получить наименьшие габариты ротора и его массу.

Ориентировочный диаметр ротора по режущим кромкам ковшей для начального проектированияУкрНИИпроект рекомендует определять по эмпирической формуле

Диаметр ротора по этой формуле не является окончательным. Он может корректироваться при установке разгрузочных элементов и питателя, выборе формы и геометрических параметров ковшей. Размещение приемного транспортера, узла перегрузки грунта, привода ротора должно обеспечивать разработку забоя по заданной технологической схеме, в процессе работы все указанные элементы не должны соприкасаться с забоем или препятствовать повороту стрелы ротора. Это может потребовать корректировку параметров ротора.

176

Окружную скорость ротора Н.Г. Домбровский [8] рекомендует назначать в зависимости от крепости разрабатываемых грунтов, мощности машины, эффективной разгрузки ковшей (табл. 6.4).

Примечание* Омм – очень малой мощности; Мм – малой мощности; См – средней мощности; Бм – большой мощности; Обм – очень большой мощности

Расчетную емкость ковша определяют исходя из требуемой теоретической производтельности

прочности разрабатываемого грунта, необходимо учитывать условия гравитационной разгрузки ковшей. Пределом скорости для гравитационной разгрузки принято считать критическую скорость

к = ,1/c, (6.12)

при которой сила тяжести грунта в ковше равна центробежной силе. В реальных условиях для надежной разгрузки ковшей угловая скорость ротора должна составлять не более 25% критической скорости для камерных роторов и не более 40% для бескамерных. Для бескамерных роторов должна быть обеспечена величина сектора разгрузки φср и углового положения кромки запорного сектора φзс (рис. 6.21).

Увеличение сектора разгрузки φср за счет уменьшения угла запорного сектора способствует повышению производительности ротора и уменшению энергоемкости процесса подъема грунта ковшами. Средние значения угла сектора разгрузки составляют φср= 60 –120º, а угол запорного сектора составляет φср = 150 – 120º.

177

Рис. 6.21. Расчетная схема к определению углов разгрузки и углов запорного сектора ротора экскаватора

При равномерной расстановке ковшей на роторе и равенстве длины ковша и межковшевого расстояния определяют для принятого количества z ковшей их шаг Тк

Ориентируясь на кубообразную форму ковша назначают ширину режущей кромки ковша равную ширине ротора bк = Вр. Ширина ротора должна обеспечивать размещение привода ротора и приемно-питающего устройства. Высоту режущей кромки ковшей определяют как

При таком подходе возможны вариации высоты, длины, формы режущей кромки ковша с целью снижения энергоемкости копания и улучшения разгрузки ковшей (рис. 6.13). Диаметр ротора по режущим кромкам ковшей будет

Возможность применения роторного экскаватора с такими параметрами ротора проверяют на рациональную высоту разрабатываемого карьера или забоя

Нк ≈ 4 Dр .

Частота вращения ротора для обеспечения заданной производительности

178

Режущая часть ковшей ротора характеризуется линейными и угловыми параметрами (рис. 6.22), опредляющими ширину b и высоту h ковша, угол резания, задний угол и угол заострения.

Рис. 6.22. Характерные виды режущих периметров ковшей роторных экскаваторов

Параметры срезаемой ковшом стружки характеризуются высотой cтружки hc, шириной стружки bc, толщиной стружки сс (рис. 6.23). Оптимальной высотой

ротора можно вычислить по формуле в зависимости от категории и группы грунта (табл. 6.3)

смакс = (1,22 ÷ 1,58) н , (6.17)

где Кн - коэффициент наполнения ковша выходящего из забоя; Кh = (0,5÷0,7)Dp - коэффициент высоты стружки;

Кр - коэффициент разрыхления.

При взаимодействии ковшей ротора с грунтом действуют сопротивления резанию грунта Рр, заполнению ковша Рзап, трения ковша о грунт Ртр, подъему грунта Рп в положение разгрузки, трения грунта о запорный сектор Ртс. Сумму сопротивлений при копании любого взаимодействущего с грунтом ковша

составляет сопротивление копанию, которое пропорционально площади поперечного сечения срезаемой стружки Si (согласно теории копания Домбровского Н.Г.). Текущее значение удельного сопротивления копанию можно принять c учетом площади сечения срезаемой стружки по табл. 32 [8]. Общее сопротивление копанию копающих ковшей ротора составляет

179