книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия
..pdfных экскаваторов, как правило, имеют индивидуальный привод.
На карьерных роторных экскаваторах массой до 3000 т применяют четырех-, шести-, восьми-, двенадцатигусеничный ход, а массой свыше 4000 т — рельсошагающий ход.
1.7.ПРИВОД
1.7.1.Общие сведения
Привод экскаватора представляет собой совокупность агрегатов и устройств, приводящих в действие рабочие органы машины и ее механизмы. В состав его входят: силовая уста новка, трансмиссия и вспомогательные механизмы.
Наиболее распространены на многоковшовых экскавато рах следующие виды приводов (табл. 3):
|
|
|
|
Т а б л и ц а 3 |
|
|
Типы приводов на многоковшовых экскаваторах |
||||
|
Траншейные экскава |
Экскаваторы поперечного копания |
|||
Наимено |
торы |
|
|
|
|
|
|
|
роторные |
||
вание |
цепные |
роторные |
цепные роторные |
||
|
на базе |
||||
|
|
|
|
одноков |
|
|
|
|
|
шовых |
|
Тип |
|
|
|
Дизель- |
|
* Внутреннего сгорания |
Электродвигатель |
элзктри- |
|||
двигателя |
|||||
|
|
Механиче |
|
ческий |
|
Тип |
Механи |
Многомоторный электрический |
|||
ский и ги |
|||||
привода |
ческий |
||||
дропривод |
|
|
|||
|
|
|
|
одномоторный от двигателя внутреннего сгорания с меха нической трансмиссией;
одномоторный от двигателя внутреннего сгорания с ги дравлической трансмиссией;
многомоторный от двигателя внутреннего сгорания с при водом отдельных механизмов гидромоторов;
многомоторный от двигателя внутреннего сгорания1или электродвигателя, соединенных с генератором, с электропри водом отдельных механизмов на постоянном или переменном токе.
Нагрузки на рабочий орган многоковшовых экскаваторов носят спокойный характер и относятся к легкому или средне
му режиму. Так, при разработке легких грунтов I—II катего рии режим работы легкий, а при копании грунтов III и IV ка тегорий .— средний.^ Легкий режим характеризуется постоян ством скорости и направлением рабочих движений. Отноше ние наибольшей нагрузки к средней не превышает 1,3, а чи сло включений механизмов — не более 20—30 в час. Средний* режим характеризуется равномерностью нагрузок. Отноше ние максимальной нагрузки к средней колеблется в пределах 1,5—2,5 при* переменной скорости и постоянном направлении рабочего движения. Число включений в час может достигать 200 при продолжительной работе машины под нагрузкой.
|
|
|
Силовая установка и тип при- |
|||||
Уо М/С/О |
|
|
вода |
определяются |
режимом |
|||
|
|
|
работ, |
условиями и |
конструк |
|||
|
|
|
тивной схемой |
машины. При |
||||
|
|
|
выборе привода следует учиты |
|||||
|
|
|
вать внешнюю характеристику, |
|||||
|
|
|
представляющую |
собой зави |
||||
|
|
|
симость крутящего момента от |
|||||
|
|
|
скорости |
вращения вала. Раз |
||||
|
|
|
личают |
две внешние |
характе |
|||
|
|
|
ристики: |
жесткую и мягкую. |
||||
|
|
|
Жесткая |
характеристика име |
||||
|
|
|
ет более пологую ветвь кривой |
|||||
|
|
|
по отношению к оси ординат, |
|||||
Рис. 1.14. Внешняя характеристи |
мягкая характеристика — кру |
|||||||
ка приводов: 1 — паровая маши |
тую ветвь (рис. 1.14). |
|||||||
на, 2 — электродвигатель с рео |
Жесткая внешняя характери |
|||||||
статным |
управлением, |
3 — элек |
стика |
обеспечивает |
увеличе |
|||
тродвигатель переменного тока |
ние |
нагрузки |
до |
известных |
||||
с коротко |
замкнутым |
ротором, |
||||||
4 — электродвигатель |
постоянно |
пределов без |
снижения скоро |
го тока системы ТГ-Д, 5 — кар сти, но двигатель при этом пе
бюраторный |
двигатель, 6 — ди |
регружается. |
Диапазон ис |
зель, 7 — |
дизель с гидротранс |
пользования мощности незначи |
|
форматором |
телен, а регулирующие возмож ности такого привода ограничены. Привод с жесткой характе ристикой целесообразно применять при устойчивом режиме работы механизма без частых перегрузок или при наличии большого запаса мощности двигателя.
С мягкой характеристикой привод обладает способностью «саморегулирования», т. е. автоматически снижает число обо ротов при перегрузке, соответственно увеличивая величину крутящего момента или скорости при снижении нагрузки.
Привод с мягкой характеристикой обычно применяют в маши нах, работающих в тяжелых условиях с частыми динамиче скими нагрузками.
1.7.2. Выбор силового оборудования
На современных траншейных экскаваторах, имеющих большие скорости передвижения, частые передвижки с одно го объекта на другой, применяют индивидуальную силовую установку, т. е. двигатели внутреннего сгорания — транспорт ные дизели. Транспортные дизели экономично работают при изменениях числа оборотов в полтора-два раза. Это позволя ет использовать их на разных режимах работы. Недостатки двигателей внутреннего сгорания — жесткая внешняя харак теристика, большая чувствительность к перегрузкам, малый диапазон использования мощности, трудность эксплуатации при низких температурах и недостаточная долговечность.
На роторных строительных экскаваторах поперечного ко пания в большинстве случаев применяют дизель-электриче- скую силовую установку с электрическими двигателями пере менного тока, динамическим торможением и управлением са мовозбуждения. Наличие в схеме привода управления само возбуждением смягчает жесткость внешних характеристик и делает работу механизмов более плавной.
Экскаватор может также работать от внешней сети.
Дизель-электрическая силовая установка рекомендуется для траншейных цепных и роторных экскаваторов с большой емкостью ковша, большой производительности при работе в тяжелых горно-геологических условиях и разработке мерзлых грунтов. На карьерных многоковшовых экскаваторах попереч ного копания, цепных и роторных применяется электрическая силовая установка, работающая от внешней сети. На машинах с малой емкостью ковша устанавливают электродвигатели пе ременного тока, а со средней и крупной емкостью ковша (свы ше 200 л) — постоянного тока.
Привод механизма от электродвигателя постоянного тока имеет мягкую внешнюю характеристику. Недостатками его являются большая масса и габариты, превышающие в 1,5— 2,0 раза габариты и массу любого другого привода. Приводы этого типа устанавливают по схеме ТГ-Д (трехобмоточный генератор-двигатель) или Г—Д (генератор—двигатель) с электромагнитным или электромашинным (ЭМУ) усилителем.
1.7.3. Характеристика трансмиссий (см. табл. 3)
М е х а н и ч е с к и е т р а н с м и с с и и наиболее распро странены на траншейных экскаваторах. Основные их элемен ты — зубчатые, червячные, цепные передачи. В состав транс миссий входят цепные, соединительные и предохранительные муфты, тормоза и устройства для изменения направления вращений, величины скоростей и крутящих моментов меха низмов. Преимуществами их являются простота конструк ций, хорошие эксплуатационные качества, соблюдение задан ных скоростей и моментов, небольшая стоимость. Недостат ки — значительные потери в муфтах, зубчатых передачах, соединительных парах, ступенчатое изменение скоростей и моментов, а при большом числе скоростей — сложность пра вильного выбора оптимальной передачи и большой износ тру щихся пар.
Г и д р а в л и ч е с к и е т р а н с м и с с и и . В последние го ды нашли широкое распространение гидравлические транс миссии, резко отличающиеся друг от друга по принципу дей ствия: гидрообъемные, или гидростатические, и гидродинами ческие.
Вгидрообъемных трансмиссиях (рис. 1.15) используется статическое давление масла, нагнетаемого насосом в испол нительные органы — гидроцилиндры или гидромоторы.
Внастоящее время распространенными схемами гидрообъ емных трансмиссий служат:
гидротрансмиссии с насосом нерегулируемой производи тельности с одним или несколькими гидрообъемными цилин драми;
гидротрансмиссии с насосом регулируемой производитель ности с одним или несколькими гидравлическими цилиндра ми и регулируемыми гидродвигателями.
Трансмиссии выполняют по открытой или закрытой схе мам. Закрытая схема не требует масляного бака и уменьша ет объем рабочей жидкости в системе, уменьшает вес и габа риты машины, исключает кавитацию в насосах, предохраня ет рабочую жидкость от загрязнений и увеличивает долго вечность гидродвигателей и других агрегатов. Однако закры тые схемы имеют существенные недостатки: большой нагрев жидкости, сложность ее фильтрации, установку дополнитель ного насоса для подпитки рабочей жидкости и трудность ис пользования в гидросистемах с поступательным движением.
Преимущества гидравлических трансмиссий: раздельное управление механизмами, лучшая компоновка оборудования на платформе, бесступенчатое регулирование скоростей рабочих
Рис. 1.15. Принципиальная схема гидрообъемной тран смиссии: 1, 2 — цилиндры подъема, 3 — гидромотор, 4 — клапаны для ограничения скорости опускания ра бочих органов под действием собственного веса, 5— дроссель с регулятором, 6 — золотниковые распреде
лители, ? — насос, 8 — фильтр, 9 — бак
движений, меньший вес машины на 10—15%, меньшие габа риты и вес гидравлических двигателей и агрегатов, небольшой момент инерции, плавность и равномерность рабочих движе ний, простота преобразований вращательного движения в по ступательное и возможность получения больших передаточ ных отношений.
Г и д р о д и н а м и ч е с к и е т р а н с м и с с и и . В гидро динамических трансмиссиях движение механизма передается за счет использования кинетической энергии жидкости. Эле ментами такой трансмиссии являются насосные и турбинные колеса. Насосное колесо засасывает жидкость и передает ее непосредственно или через направляющие лопатки на турбин ное колесо, и вследствие взаимодействия жидкости с лопатка ми турбинного колеса создается крутящий момент.
Имеется два вида гидродинамических трансмиссий: гидро муфты и гидротрансформаторы. Гидромуфта состоит из двух рабочих колес, помещенных в общий кожух. Насосное колесо
закреплено на ведущем валу и приводится в движение двига телем, турбинное колесо — на ведомом. Между ними имеет ся зазор. При вращении насосного колеса жидкость подается на лопатки турбинного колеса и приводит его в движение. Число оборотов турбины всегда меньше оборотов насоса. От ставание колеса турбины от колеса насоса характеризуется величиной скольжения:
S = Пн - Пт 1
ЛН
где пн — число оборотов колеса насоса; Пт — число оборотов колеса турбины.
Коэффициент полезного действия гидромуфты равен
7J = ^ = i _ s Пн
Недостатки гидромуфты — значительное снижение КПД при увеличении скольжения, невозможность изменения крутящего момента двигателя в зависимости от нагрузки.
Из гидродинамических трансмиссий наибольшее распро странение имеет гидротрансформатор. Он состоит из трех ра бочих колес — насосного, турбинного и направляющего. Ги дротрансформатор позволяет непрерывно регулировать кру тящий момент на валу турбинного колеса от максимального значения до нуля, в то время как момент на насосном колесе изменяется незначительно в зависимости от числа оборотов ведомого вала. Гидротрансформаторы в зависимости от вли яния режима турбинного колеса на режим работы насосного колеса подразделяют на гидротрансформаторы с «непрозрач ной» характеристикой и «прозрачной».
При «непрозрачной» характеристике изменение нагрузки на валу турбинного колеса почти не влияет на режим работы насосного колеса, т. е. число его оборотов и крутящий момент остаются практически постоянными.
При «прозрачной» характеристике изменение режима ра боты турбинного колеса существенно влияет на режим рабо ты насосного колеса. Изменение крутящего момента характе-
ризуется коэффициентом трансформации К= М Передаточ
ное отношение I = Цн пт
скорость перемещения изменяют раздельно от скорости рабочего органа.
Механизмы включаются последовательно. Так, например, ковшовая цепь может быть включена только после включе ния транспортера, а ходовой механизм — после включения ковшовой цепи. Следует предусматривать и аварийную оста новку механизмов.
При компоновке механизмов следует предусматривать удобство обслуживания, простую систему управления, позво ляющую с одного пульта управлять всеми механизмами, и ремонтоспособность.
Желательно во всех случаях, где это возможно, избежать одномоторного привода с механической трансмиссией и заме нить его индивидуальным приводом — электродвигателями или гидромоторами и гидроцилиндрами.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАНШЕЙНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
Исходными данными для проекта служат: глубина тран шеи, ширина ее по низу и по верху; характеристика грунта, горной массы, дальность перемещения вынутой массы от оси траншеи и производительность.
Изучив существующие конструкции машин по образцам, чертежам и литературе, патентно-информационным источни кам, приступают на основании технологической схемы разра ботки траншеи к определению типа рабочего оборудования экскаватора и способа очистки стенок ковша от налипания грунта, типа резцов на ковше и скребке при разработке се зонно-мерзлых грунтов повышенной прочности, типа ходово го оборудования, силовой установки и базовой машины, на которой монтируется экскаваторное оборудование. После это го составляют конструктивную схему, в которой устанавлива ют предварительно параметры машины на основании закона подобия.
2.1. РАСЧЕТ ЦЕПНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
По заданной конструктивной производительности Пц эк скаватора и по числу ссыпок nz, принятых предварительно из таблиц, определяют емкость ковша q. Полученное значение округляют до целого числа;
Значения скоростей |
рабочих |
органов |
|
||||
Тип экскаватора |
Vp, м/с |
I |
V», м/с |
|
Изменение |
Ур |
|
|
|
|
1 |
|
va, раз |
V3 |
|
Продольного копания |
|
|
|
|
|
|
|
цепные |
0,6-М,25 |
|
0,005н-0,11 |
20 |
5,4-4-240 |
||
роторные |
1,5М ,2 |
|
0,005-т-0,2 |
|
40 |
7,5-н640 |
|
Поперечного копания |
0,6^ 1,6 |
|
|
|
|
|
|
цепные |
|
0,05 н-0,2' |
4 |
Зн-32 |
|||
роторные |
1,9-*-5,5 |
|
0,05 н-0,5 |
|
10 |
3,8-s-110 |
|
So — подача |
ковша в |
горизонтальном |
направлении на |
||||
один шаг ковшей (за время t= — с ), м; |
|
|
|||||
b — ширина ковша, м; |
|
|
vp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
кн — коэффициент наполнения; |
|
|
|
||||
кр — коэффициент разрыхления; |
|
|
|
||||
.q — емкость ковша, м3; |
|
|
|
|
|
|
|
Н — высота траншеи. |
|
|
|
|
|
|
|
Отсюда |
|
|
я-к„ |
|
|
|
|
|
s0 |
|
|
|
(2.2) |
||
|
|
HB-kp |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
но s0 = v3-t, тогда |
s0 = v3- |
|
|
|
|
|
(2.3) |
Скорость хода, необходимая для 100%-ного наполнения |
|||||||
ковшей при кп= 1, |
q-k„-vp |
|
|
|
|||
|
|
|
|
(2.4) |
|||
|
э |
НВ-кр-Т |
|
|
|||
|
|
|
|
||||
Толщина срезаемой стружки |
|
|
|
(2.5) |
|||
|
s = s0 sin (а—в ). |
|
|
||||
Здесь s — толщина срезаемой стружки, м; |
|
|
|||||
а — угол наклона ковшовой рамы’к горизонту; |
оси ковшо |
||||||
0 — угол отклонения |
траектории |
ковшей от |
|||||
вой цепи: 0 = а—Р; |
|
|
|
|
|
||
Т — шаг ковшей, м. |
|
|
|
|
|
|
|
Емкость ковшей определяют в литрах по формуле |
|||||||
|
|
|
НВ.уэ |
|
|
(2.6) |
|
|
q |
|
0,06 nz |
|
|
||
|
|
|
|
|
где v3 — скорость передвижения машины, м/ч (см. табл. 3);