5.3. Расчет мощности подъемного и напорного механизмов прямой лопаты

1. Мощность привода подъемной лебедки зависит от нагрузки на подъемном канате и скорости его навивки.

рукоять горизонтальна, а подъемный канат имеет вертикальное направление

Усилие Р на зубьях ковша, профессор Н.Г. Домбровский предложил определять по формуле:

(1)

Расчет максимальной мощности ведется для наиболее тяжелого случая, при положении ковша в конце копания, когда он находится на высоте напорного вала Н,

где:

- удельное сопротивление горной породы копанию;

- ширина стружки, т ; - толщина стружки, м;

Величина является такой, чтобы за одно черпание ковш был полным, а так как

(2)

где: Е- емкость ковша, м; - коэффициент разрыхления породы;

тогда (3)

Подставив в (1) значение из (3) получим:

(4)

Силу подъема находим из уравнения моментов относительно центра напорного вала:

(5)

где - плечи действия соответствующих сил (м), которые определяются по

схеме рабочего оборудования экскаватора, вычерченной в масштабе;

и вес рукояти и ковша наполненного грузом, Н;

,Н;

,Н;

m_p - масса рукояти, т; m_к+г – масса ковша с грузом, т.

Массу ковша можно вычислить по приближенным эмпирическим формулам:

- для легких условий работы (средняя глина):

= (0,9÷1,1)Е, т;

- для средних условий работы (тяжелые глины):

=(1,2÷1,4)Е, т; (6)

- для тяжелых условий работы (скальной грунт):

=(1,9÷2,2)Е, т;

где - масса ковша, т; Е- емкость ковша, м;

Вес ковша с породой:

,Н (7)

где - плотность породы в целике; =1,5-4,5 т/м;

- коэффициент разрыхления породы;

= 1,1-1,5.

Эти формулы применимы для ковшей емкостью 0,15- 50м. Вес внутренней однобалочной рукоятки у карьерных экскаваторов приблизительно равен:

;

а внешней (двухбалочной ):

; (8)

Вес рукояти вскрышных экскаваторов:

; (9)

Мощность привода подъемной лебедки определяется по формуле:

, кВт, (10)

Где - скорость подъема, м/сек (карьерные экскаваторы -0,65÷1,0 м/сек;вскрышные экскаваторы -1,0÷1,6 м/сек);

- к.п.д. блоков и барабана подъемного каната;

- к.п.д. редуктора подъемной лебедки.

Максимальное подъемное усилие, развиваемое механизмом при стопорении ковша, определяется по формуле:

(11)

Максимальное усилие в канате определяется с учетом числа ветвей каната или кратности полиспаста:

(12)

где i_п – кратность полиспаста или число ветвей подъемного каната.

Разрывное усилие каната с учетом 4÷5-ти кратного запаса прочности будет равно:

(13)

По этому усилию подбирается диаметр каната .

Скорость навивки каната на барабан:

, м/сек (14)

Передаточное число редуктора подъемной лебедки:

, (15)

- диаметр барабана лебедки, м;

- номинальная скорость вращения двигателя, об/мин;

Диаметр барабана лебедки принимается равным:

, м (16)

- диаметр подъемного каната, м.

2. Мощность привода напорного механизма

Расчет напорного усилия ведется для 3х положений:

1. начало копания;

2. конец копания на полном вылете рукоятки;

3. вынос груженого ковша на полный вылет рукоятки и на максимальную высоту.

Напорное усилие определяется графическими или аналитическими способами.

Определим для начала копания. Усилие копания берется из расчета мощности подъемной ледки. Усилие подачи принимается: , Н (17)

Большее значение предела берется для скальных пород.

Из уравнения моментов относительно оси напорного вала определяется сила подъема ковша .

Без больших погрешностей моменты оси можно не учитывать. Тогда выражение для будет:

,Н (18) где - вес порожнего ковша с подвеской,

- плечи действия соответствующих сил.

При графическом способе определения строят многоугольник сил, определяют равнодействующую , которая в то же время является равнодействующей силы напора силового подшипника N.

Аналитически силу напора можно найти, спроектировав все силы, действующие на ковш и рукоять, на ось параллельную рукояти.

, Н (19)

Для случая, когда рукоять в начале копания образует с вертикалью угол ß, будет иметь:

, Н (20)

В положении ІІ и ІІІ сила определяется аналитическим способом. Из 3х усилий напора для расчета мощности привода берем наибольшее значение. Мощность привода напорного механизма:

, (21)

где - скорость напора, м/сек; - к.п.д. механизма напора.

Скорость напора принимается

.

Передаточное число напорного механизма:

.

где - диаметр начальной окружности напорных шестерен при зубчато- реечном напоре или диаметр напорного барабана при канатном напоре, м

- номинальная скорость вращения двигателя напора, об/мин.