3. Определение мощности двигателя и выбор базовой машины

Для машин с ротационными рабочими органами всех типов суммарная мощность для привода определяется по формуле (кВт):

Ν^/ = Ν_po+ Ν_пер+ N_Д , (2.21)

где Ν_po, Ν_пер, N_Д – соответственно мощности на привод ротацион­ного рабочего органа, перемещение машины, привод дополнительных устройств.

Для рабочих органов типов I, II, III и IV (кВт)

(2.22)

где N_K, N_P, N_TP, N_П – соответственно мощность на копание грунта; разгон грунта до скорости вращения ротационного рабочего органа, включая мощность на перемещение грунта рабочим органом; трение грунта по поверхности забоя и откосов канала; подъем грунта;

η_PO – КПД привода рабочего органа (ротора, фрезы), η_PO = 0,75÷0,85;

η_P – КПД рабочего органа, η_P = 0,7÷0,8.

Мощность (кВт) на копание грунта с толщиной стружки δ (подачей на 1 нож) более 0,03 м определяют по формуле:

(2.23)

где П_т – техническая производительность, м³/ч;

k₁ – коэффициент удельного сопротивления копанию грунта, кПа (табл. П2);

Для фрез типа I, IV принимают большие значения k₁ (без обрушения грунта); для фрез типа II и роторов ти­па III — меньшие (с обрушением грунта).

Мощность (кВт) на копание грунта с толщиной стружки δ (подача на 1 нож) менее 0,03 м (резание тон­кими стружками) вычисляют по формуле:

, (2.24)

где i_ф – число фрез;

N^/_к – мощность на непосредственную разработ­ку грунта фрезой;

N^//_к – мощность на измельчение обрушившегося грунта.

Для одной фрезы типов I, II, III, IV мощность (кВт) на непосредственную разработку грунта фрезой равна:

, (2.25)

где k_Г, k_ψ, k_B, k_α – безразмерные коэффициенты, учитывающие соот­ветственно плотность грунта, угол резания, ширину ножа, угол за­хвата;

k^/₁ – удельное сопротивление грунта резанию (кПа) при тол­щине стружки δ₁ = 0,01 м, ширине ножа b_НОЖ = 0,1 м, угле резания ψ = 30°, угле захвата α = 90° (коэффициент k^/₁ принимают в зависимо­сти от числа ударов плотномера ДОРНИИ – С_уд);

b_НОЖ – ширина ножа, м;

r_ф – радиус фрезы, м;

v_к – скорость каналокопателя, м/с;

ε – показатель степени (для минеральных грунтов ε = 0,4, для торфяни­ков ε = 0,33);

δ₁ – толщина стружки, равная 0,01 м;

z_H – число но­жей;

v_OKP – окружная скорость, м/с;

Н_к – глубина канала, м;

α_к – угол наклона откоса к горизонту.

Коэффициенты k_Г, k_ψ, k_B, k_α, k^/₁ приведены в таблице 2.1 (для больших значений С_уд можно применять линейную экстраполяцию).

Т а б л и ц а 2.1

Значение коэффициентов для определения мощности N^/_K

Суд	k/1, кПа	kГ	ψ град	kψ	bНОЖ м	kB	α, град	kα
2	82	0,286	30	1,00	0,090	1,035	15	0,79
4	163	0,57	46	1,04	0,100	1,000	32	0,68
7	285	1,00	50	1,10	0,135	0,920	53	0,70
9	370	1,23	60	1,20	0,180	0,890	90	1,00
10	410	1,40	85	1,85	-	-	-	-
12	490	1,70	-	-	-	-	-	-
14	570	1,90	90	2,6	-	-	-	-
16	590	2,90	-	-	-	-	-	-

Для рабочих органов типа II, III, работающих с обру­шением грунта:

(2.26)

где S_К, S_Р – соответственно площадь, непосредственно разрабаты­ваемая фрезами [см. формулы (2.2) и (2.30)];

∆ – коэффициент, ха­рактеризующий снижение удельного сопротивления копанию после обрушения;

∆' – коэффициент, определяющий часть грунта, которая после обрушения подвергается переработке; ∆∆' = 0,65; 0,56; 0,51; 0,49; 0,47; соответственно для заложения откосов сtgα_к = 0,6; 0,75; 1; 1,25; 1,5.

Для рабочих органов типа I, IV N^//_K = 0.

Мощность (кВт) на разгон грунта:

(2.27)

где П_т – техническая производительность, м³/ч;

ρ – плотность грун­та, кг/м³ (табл. П1);

v_OKP – окружная скорость ротационного рабочего органа, м/с.

Мощность (кВт) на подъем грунта:

(2.28)

где γ_г – удельный вес грунта, Н/м³ (табл. П1);

h_ср – средняя высота подъема грунта, м:

(2.29)

где S_Р – площадь поперечного сечения канала, разрабатываемая не­посредственно рабочим органом, м²;

S_К – площадь сечения прокла­дываемого канала, м² (см. формулу (2.2)):

(2.30)

где b_р – ширина ротора, м (см. формулу 2.3), для фрез при­нимают b_р= b_НОЖ.

Для рабочего органа типа IV

(2.31)

Для типа I S_Р = S_K.

Мощность на преодоление сил трения грунта по по­верхности забоя и откосов канала:

(2.32)

где N^/_TP – мощность на трение грунта по поверхности забоя, (кВт):

(2.33)

N^//_TP – мощность на трение грунта по поверхности откоса, (кВт):

, (2.34)

где – удельный вес грунта в естественном состоянии, Н/м³ (табл. П1);

f_г – коэффициент трения грунта по грунту (табл. П1);

r₀ – радиус ротора по лопаткам, м;

П_т – техническая производитель­ность, м³/ч;

–угловая скорость, с^-1;

R₀ – расстояние от центра фрезы до центра тяжести ссыпки, м (площадь треугольника АВС – S^/_л); определяется графически как расстояние от точки О до центра тяжести ∆АВС по чертежу (см. рис. 2.6) или приближенно:

. (2.35)

а'=, (см. формулы 2.2 и 2.30);

–угол контакта ротора (фрезы) с грунтом, рад или град (см. рис. 2.6):

α_кон = arcsin[(H_к/sinα_k – r_p)/r_p] + 90^о. (2.36)

g – ускорение свободного падения, м/с²;

α_к – угол наклона откоса к горизонту, град или рад.

Для ротационных рабочих органов типа III

N^/_TP = 0. (2.37)

Для фрез типа II, IV

N^//_TP = 0. (2.38)

По мощности на привод рабочего органа N_PO (форму­ла 2.22) предварительно подбирают (табл. П3, П4) мощность двигателя базовой машины N^/_ДВ с коэффициентом запаса k_ЗАП = 1,2÷1,4.

N^/_ДВ = k_ЗАП ·N_PO. (2.39)

По характеристике трак­тора уточняют мощность двигателя и рабочую скорость машины [формула (2.7)] по скорости движения трактора на первой передаче (табл. П3, П4). Скорость трактора v_т принимают наибо­лее близко к расчетной. При несоответствии скорости трактора v_т с расчетной v_к определяют передаточное число ходоуменьшителя, обеспечивающего расчетные по­ступательные скорости машины:

i_xy = υ_Т / υ_К. (2.40)

После предварительного выбора трактора вычисляют тяговые сопротивления и делают тяговый расчет (см. п. 1.5).

Мощность на перемещение машины в рабочем положении (в забое) определяется по формуле (кВт):

N_ПЕР = , (2.41)

где F^/ – суммарное тяговое сопротивление, Н (см. формулу 2.52);

v_к – скорость машины, м/с;

– КПД механизмов ходовой части базовой машины, (= 0,7÷0,8).

Мощность дополнительных механизмов (подъ­ем рабочего органа и др.) (кВт):

N_Д = 0,05 ÷ 0,07(N_P0 + N_пер). (2.42)

Мощность на буксование и на преодоление сил инер­ции при разгоне учитывают коэффициентом запаса k_ЗАП (формула 2.39).

Мощность двигателя базовой машины проверяют по формуле:

, (2.43)

где k_ДВ – коэффициент запаса мощности двигателя машины;

N^/ – суммарная мощность привода (формула 2.21).

Рис. 2.7 Схема к расчету фрезы с осью вращения, параллельной направлению движения ма­шины и оси канала (тип V): а – расположение рабочего органа в поперечном се­чении канала; б – то же, в продольном сечении; в – развертка вырезаемой стружки

Суммарную мощность машины с ротационным рабо­чим органом типов V и VI вычисляют по формуле (2.21).

Мощность (кВт) привода фрез типов V и VI равна:

(2.44)

где N_К, N_Р, N_Л, N_ТР, N_П – соответственно мощность на фрезерование (копание грунта), отбрасывание (разгон грунта), трение грунта о лопатку, трение грунта о кожух, подъем грунта, (кВт);

η_Р0 – КПД рабочего органа (η_РО = 0,75÷0,85);

η_Р – КПД фрезы (η_Р = 0,7÷0,8).

N_К = , (2.45)

где δ_н – толщина наносов, м (рис. 2.7);

k₁ – коэффициент, удельного сопротивления копанию (табл. П2).

При толщине стружки δ < 0,03 м (тонкая стружка) k₁ (кПа) подсчитывают по формуле:

, (2.46)

где δ₁ = 0,01 м;

ε – показатель степени, 0,4 – для минеральных грунтов и 0,33 – для торфяников;

k₁^/ – определяют по табл. 2.1;

l_Д – длина дуги контакта рабочего органа с грунтом, м;

v_K – рабочая скорость машины, м/с;

r_ф – радиус фрезы, м;

α_KOН – угол контакта рабочего органа с грунтом, град.

_, (2.47)

где m – масса грунта, отбрасываемого в единицу времени, кг/с;

П_т – техническая производительность, м³/ч;

ρ – плотность грунта, кг/м³;

v_ОКР – окружная скорость, м/с (v_OKP = 2πr_Фv_К/δz_Н).

(2.48)

где α_л – поправочный коэффициент, учитывающий путь движения частицы грунта по лопатке, α_л = 0,4÷0,6;

v_г – относительная ско­рость движения грунта на конце лопатки, м/с. При отклонении ло­патки назад или вперед от радиуса вместо v_r ставится соответствен­но v_r = ± r₁ω; r₁ = (0,7÷0,85)r_Ф.

Приближенно

v_г = (0,7÷0,85)v_OKP. (2.49)

Для рабочего органа типа V:

, (2.50)

где ε_о – коэффициент, учитывающий расположение центра тяжести объема грунта на лопасти, ε_о = 0,7÷0,85;

ε₁ – коэффициент, учитыва­ющий концентрацию частиц внутри кожуха, ε₁ = 0,3÷0,5;

α_B – угол, соответствующий дуге внутренней поверхности кожуха, где происходит трение, , рад, определяется графически (рис. 2.7).

Для рабочего органа типа VI N_TP = 0 (кожух отсутст­вует).

, (2.51)

где h_CP – средняя высота подъема, ;

h_о – высота геометрического центра тяжести (точка A, рис. 2.7) площади поперечного сечения выходного отверстия направляющего раструба кожуха, м; (приближенно) высота центра тяжести вырезаемого сечения грунта, м.

Мощности N_ПЕР и N_д определяют по формулам (2.41) и (2.42). Базовый трактор подбирают по мощности двигате­ля N^/_ДВ, определяемой по формуле (2.39).