книги / Расчет и конструирование горных транспортных машин и комплексов

рожнением на приемный конвейер <$, установленный на ходовой части 7. Для зачерпывания служат гидроцилиндры 3, воздейству­ ющие на шарнирный четырехзвенник. Подъем стрелы 6 произво­ дится гидроцилиндром 5.

Ниже рассматриваются конструкции отдельных узлов погрузоч­ ных машин ковшового типа для подземных условий, так как они широко используются на шахтах и рудниках. При разработке ме­ сторождений открытым способом в СССР применяют в основном экс­ каваторы. В зарубежной практике наряду с экскаваторами эксплуа­ тируются ковшовые погрузчики, имеющие рабочий орган большой емкости (до 10—12 м3).

При проектировании и создании новых машин целесообразно руководствоваться средними значениями основных параметров луч­

§ 2. КОНСТРУКЦИЯ И ПАРАМЕТРЫ КОВШЕЙ

Для предварительного установления размеров ковша можно использовать следующие соотношения:

для машин с катящейся рукоятью при верхней разгрузке

h —0,4/к; В = ZK; Нк = \,21к\ 9г = 0,8/сф/к5

для машин с ковшом на стреле при задней разгрузке ковша

h = 0,6ZK; В = 1,2ZK: qr= 0,7 2 ^ *,

где ZK, В, Нк — соответственно длина, ширина и высота ковша; h — высота задней стенки ковша;

qr — геометрический объем ковша; кф = 0,5 -f- 0,85 — коэффициент формы.

При окончательной компоновке конструкции ковша рекомен­

глубины внедрения, большие значения соответствуют работе ковша на пологих траекториях.

Рис. XI 1.2. Ковши рациональной формы:

а— машины ППМ-4Э; б — машины ППН-2Э

2.Ширина ковша должна быть увязана со средним а или мак­ симальны^ атях размером кусков груза и должна быть не менее (2,5—3) атах или (4,5—5) а. Применение ковшей меньшей ширины вызывает увеличение сопротивления внедрению вследствие рас­ клинивания груза между боковыми стенками. Следует стремиться, как правило, к наибольшей ширине ковша, это приводит к увеличению наполнения за счет лучшего использования кинетической энергии машины и способствует увеличению фронта погрузки.

3.Угол наклона днища к почве выработки нужно принимать 5—10°. Переднюю кромку днища ковша следует выполнять криволи­ нейной в плане. Армировать днища зубьями не следует, так как это приводит к увеличению сопротивлений внедрению при попадании кусков между зубьями. Зубья уменьшают рабочую длину днища ковша, т. е. его полезную емкость.

4. Выбор параметров боковых стенок зависит от конструкции рабочего органа, применяемой схемы уборки породы и фронта по­ грузки. При образовании опережающего коридора в штабеле пря­ мыми черпаниями боковые стенки необходимо выполнять парал­ лельными продольной оси машины. При образовании коридора в шта­ беле с боковых черпаний необходимо разворачивать боковые стенки так, чтобы фб + D <Г 65° (срб — угол разворота стрелы или плат­ формы при боковом внедрении, D — угол разворота боковых стенок

к продольной оси ковша).

Отклонение боковых стенок от вертикали на угол в 30° дает в смысле снижения сопротивлений тот же эффект, что и уменьшение угла наклона передних граней к почве на 20° (угол А на рис. X II.2). При этом одновременно происходит увеличение емкости ковша и эффективности погрузки. В ряде случаев аналогичный эффект можно получить за счет вырезов в боковых стенках, расположенных в средней или верхней части. Варианты ковшей рациональной геометрической формы, разработанные с учетом приведенных реко­ мендаций, показаны на рис. X II.2.

Ковши изготавливают из листовой стали толщиной 10—15 мм при помощи сварки нескольких предварительно заготовленных частей. Количество сварных швов должно быть по возможности минималь­ ным. Наибольшие нагрузки испытывает днище ковша, и поэтому часто при эксплуатации машины сварочный шов нарушается в месте соединения боковых стенок с днищем ковша. Ковш с литым днищем имеет больший срок службы. Кромки днища ковша и нижней части стенок армируют твердым сплавом.

§ 3. МЕХАНИЗМЫ ЗАХВАТА И ПЕРЕНОСА ГРУЗА

Конструктивное исполнение

Машины прямой погрузки зачерпывают и переносят груз руко­ ятью, состоящей из двух кулис (кулаков) 2, соединенных между собой траверсой 3 и ковшом (рис. X II.3). Рукоять с ковшом подни­ мается многорядной пластинчатой цепью, которая навивается на узкий барабан (бобину) 4 редуктора 5 подъемного механизма. Кулисы перекатываются по специальным направляющим б и во избежание проскальзывания крепятся на платформе четырьмя канатами ста­ билизации 7. Для их разгрузки от максимальных усилий, возникаю­ щих при зачерпывании и ударной разгрузке ковша, предусматри­ вается возможность опирания кулисы в первом случае на палец S, во втором — опорным выступом 9 (кулаком) на направляющие б. В верхней части платформы для смягчения удара ковша о траверсу машины установлены пружины амортизации 16. Поворотная плат­ форма 1 соединена с ходовой частью через опорный двухрядный шарикоподшипник 11 и фиксируется пальцем 12.

В передней части платформы 1 расположен автомат поворота. Он представляет собой центрирующий барабан 13, в профилирован­ ный вырез которого входит направляющий ролик 14, свободно

Рис. X II.3. Конструкция механизма зачерпывания и переноса в машинах прямой погрузки с осевой разгрузкой KI ковша

посаженный на вертикальную ось, закрепленную на неподвижной платформе 15. С одной стороны к цапфе барабана 13 жестко при­ креплен рычаг 16укоторый шарнирно через рычаг 17 связан с кулисой исполнительного органа. В цилиндрической поверхности центри­ рующего барабана сделан фасонный вырез. Когда ковш опущен, барабан занимает положение, при котором ролик 14 располагается в широкой части выреза и не мешает повороту платформы в обе стороны от продольной оси. При подъеме рукояти рычаги 16 и 17 поворачивают барабан 13, который нажимает на ролик 14 и повора­ чивает платформу 1 к окончанию подъема в центральное положение.

Рис. X II.4. Исполнительный орган погрузочной машины с боковой разгрузкой ковша:

J — ковш; 2 — основание; 3 — ось крепления гидроцилиндра; 4 — цилиндр опрокидыва­ ния ковша; 5 — ось крепления штока гидроцилиндра с ковшом; 6 — ось крепления ковша с основанием; 7 — ось крепления основания; 8 — шток гидроцилиндра зачерпывания

Построение профиля кулисы является важным этапом проекти­ рования машины. От профиля зависят траектория зачерпывания, высота разгрузки, скорость подхода кулисы к траверсе машины и, следовательно, дальность выброса груза из ковша. Средняя часть кулисы состоит из кривых больших радиусов, чем радиусы ее ко­ нечных участков. Кривые малых радиусов в конце обкатывания обеспечивают при прочих равных условиях большую скорость подхода кулисы к траверсе машины. Соединение кривых различных радиусов — плавное для предотвращения резкого изменения ско­ рости перекатывания. Кулисы изготовляют литьем с последующей механической обработкой поверхности катания.

Конструкция исполнительного органа с боковой разгрузкой и низким опрокидыванием ковша показана на рис. X II.4. Зачерпы­ вание осуществляется посредством поворота основания 2 с ковшом вокруг оси 7. Ковш может быть установлен для левого или правого

опрокидывания. Характерным представителем погрузчиков боко­ вой разгрузки с высоким опрокидыванием (рис. XI 1.1, ж)) является погрузчик «Эймко 623Н» фирмы «Эймко (Грэйт Бритн) Лимитед» [16]. Высота выгрузки составляет 2,25 м над уровнем почвы. Ковш ем-

Рис. X1JI.5. Конструкция рукояти ковшовой погрузочной машины ступенчатой погрузки ППМ-4Э:

I — ковш; 2 — стрела; з — упор; 4 — ковшовые цепи; 5 — амортизационные цепи; 6 — сто­ пор ковша; 7 — ограничительные цепи, устанавливаемые при транспортировании; 8, 9 — буферные устройства

костью 0,6 м3. Угол наклона ковша 45°, при необходимости может быть увеличен до 60°.

При внедрении ковш 1 забирающего органа (рис. X IL 5) жестко упирается в опорную площадку упора 5. Упор выполнен сварным из листовой стали и имеет отверстия для регулирования установки ковша относительно почвы выработки [6]. Стрела 2 изготовлена в виде жесткой конструкции из профильной и листовой стали. Буфер­ ное устройство 8, имеющее горизонтально расположенные пружины,

------

1.ш ж т Ш М Ш 1

Рис. X II.6. Конструкция исполнительного органа погрузочной машины ППМ-5:

1— ковш! г — стрела-лоток; з — упор ковша; 4 — ковшовые цепи; 5 — ось крепления ковша; в — шкворень; 7 — ось шлшшоя- в — пружины амортизатора; 9 — упор; ю — огра-

ничительные цепи; 1 1 - упорное устройство; 12 - кронштейн

(рис. X II.6), имеет только боковые стенки и днище, которое плавно переходит в заднюю стенку. Крепление ковша со стрелой — шарнир­ ное с помощью двух осей 5. Лоток опирается на раму машины при помощи шкворня 6 и двух кронштейнов-подшипников 12. Под дни­ щем расположены две пружинные опоры <?, которыми она опирается на плиту забирающего органа. Опоры служат для смягчения удара стрелы о плиту при опускании ковша. Зарубежные фирмы «Гудмен» (США), «Бритиш Конвей Лоадер» (Англия) и другие широко исполь­ зуют эту конструктивную схему, получившую название «Конвей» [16]. В отечественной практике этот тип забирающего органа не получил распространения.

Расчет ударных нагрузок

При выполнении основных рабочих операций рассмотренными конструкциями наибольшие усилия возникают при ударной разгрузке ковша. Они в 2,5—3,5 раза превышают нагрузки при зачерпывании.

Рис. X II.7. Осциллограммы нагрузок при зачерпывании и разгрузке ковша (а) и схем^ к расчету усилий в тяговом органе подъемного механизма (б) машины ППН-2

На рис. X II.7,а показаны осциллограммы усилия в цепи »?ц и кру­ тящего момента на валу подъемного барабана М в б машины ППН-2 [36].

Подъемный механизм в момент разгрузки ковша можно предста­ вить системой с двумя степенями свободы и односторонней упругой связью (тяговая цепь) между массами (рис. X II.7, б). К такой схеме приводится и подъемный механизм машины с катящейся рукоятью, так как концевые участки профиля кулисы выполнены дугами малых радиусов, а угловые перемещения рукояти при полном сжатии пружины задней траверсы малы и составляют 4—6°

Уравнения вращательного движения стрелы (кулисы) и приве­ денной к валу барабана массы трансмиссии подъемного механизма имеют вид:

Fn — силы упругости пружин амортизации и траверсы, кгс; M j6 — момент от сил инерции трансмиссии подъемного меха­

низма, кгс-м;

МдВ— момент двигателя, приведенный к валу барабана, кгс •м; гб — радиус навивки цепи в момент разгрузки ковша, м;

При компоновке подъемного механизма стремятся к тому, чтобы плечо силы тяжести стрелы Ъ было близко к нулю, поэтому момен­ том от силы Gc можно пренебречь. Оптимальным режимом разгрузки считается отключение двигателя в момент касания стрелы о пружины амортизации. При этом в уравнении (X II.2) можно положить М дв = 0.

С учетом принятых допущений получим:

^ [? 2- № + Аац)] + 5/с! = 0;

Ак\ + В (у*-Щ ) = 0.

Решение этих уравнений дает два значения частоты возможных гармонических колебаний системы:

где

№ = к\ + к\ + к%.

Общее решение системы (XI 1.4):

Фс = Ai cos fa t + Фх) + А 2 cos fat + ф2);

Фб = A ^i cos fa t + фх) + A2n2COS fa t + ф2),

где А х, А 2, Фх» Фг — постоянные, зависящие от начальных условий;

Из начальных условий (при t — 0 фсо = фб0 = 0; фс0 = сосо= -ФдвОгб . &р. п^ц*

фбо — ^бо - • * £ ) имеем:

А— Мс° _ ( п LL ) .

где сос0, о)дв0 — угловая скорость соответственно стрелы и ротора двигателя в момент соприкосновения с пружинами, 1/с; ip# п — передаточное отношение редуктора подъемного ме­

ханизма.

Для машин с электродвигателем скорость содпо, по которой опре­ деляют сосо, принимают равной номинальной скорости двигателя; для машин с пневмодвигателем сос0 можно определить графо-анали­ тическим методом путем построения плана скоростей для ряда фик­ сированных положений кулисы [9, 24].