4 Розрахунок приводів піднімального і напірного механізмів прямої механічної лопати

4.1 Визначення навантажень на піднімальний та напірний механізми

Для визначення навантажень піднімального та напірного механізмів будують схеми розрахункових положень робочого устаткування екскаватора (рис. 4, а, б). Схеми виконують у масштабі за даними розрахунку лінійних розмірів конструктивних елементів екскаватора.

Рисунок 4 - Схема розташування ковша та рукояті механічної лопати для визначення зусиль механізмів напору та підйому кар'єрних екскаваторів

Зусилля, що виникає у піднімальному канаті, яким обумовлюється навантаження двигуна піднімального механізму при копанні, у загальному вигляді визначається зі співвідношення

,

де , , і – довжини плечей додатка сил щодо осі напірного вала, м;

– кут між піднімальним канатом і рукояткою, град.;

– кут між рукояткою і горизонтальною лінією, град.;

– вага ковша з породою, кН;

– вага рукоятки, кН.

Опір породи копанню, кН:

,

де – питомий опір породи копанню, обумовлений у залежності від характеру породи, Н/см²;

– ширина ковша, см;

– товщина стружки породи, що знімається, обумовлена з умови заповнення повного обсягу ковша на шляху, рівному висоті вибою, см.

Вага ковша з породою і вага рукоятки:

;

,

де , – маси ковша і рукоятки, т;

Зусилля, що виникає в напірному механізмі при копанні, обумовлюється силами, що діють уздовж осі рукоятки. До них відносяться стискальні зусилля породи , зусилля в піднімальному канаті і складові ваг рукоятки та ковша з породою, рівні відповідно і .

У загальному випадку, при різних положеннях рукоятки ковша під час копання, зусилля в напірному механізмі:

.

Зусилля в піднімальному та напірному механізмах, що відповідають вертикальному положенню піднімального каната º і горизонтальному положенню рукоятки º (див.рис.1, а), заведено брати за розрахункові максимальні при визначенні потужності двигуна за час копання. Тому в розрахунках при визначенні зусилля в піднімальному і напірному механізмах за час копання при º, º

;

,

де , , і – довжини плечей (див. рис. 4, а).

З урахуванням наповнення породою ковша

.

Зусилля в піднімальному механізмі при повороті платформи на розвантаження визначають з рівняння моментів, створюваних вагою ковша з породою і вагою рукоятки щодо осі напірного вала

,

де , , – довжини пліч при верхньому положення ковша, м (див. рис. 4, б).

Зусилля в напірному механізмі

,

де – зусилля в піднімальному механізмі, кН.

При поверненні платформи з порожнім ковшем у вибій зусилля в піднімальному механізмі визначається з рівняння моментів, створюваних вагою ковша без породи і вагою рукоятки,

.

Зусилля в напірному механізмі визначається вагою ковша та рукоятки

.

4.2 Визначення середньозваженої потужності двигунів піднімального та напірного механізмів прямої механічної лопати

Потужність двигуна піднімального механізму при копанні породи

,

де – зусилля в піднімальному механізмі при копанні, Н;

– номінальна швидкість переміщення піднімального каната, м/с;

– ККД піднімального механізму.

Потужність двигуна піднімального механізму при повороті платформи на розвантаження

,

де – зусилля в піднімальному механізмі при повороті платформи на розвантаження, Н;

– швидкість піднімального каната, м/с.

Середня швидкість переміщення піднімального каната при повороті платформі на розвантаження, відповідає повзучим частотам обертання двигуна, .

Потужність двигуна піднімального механізму при повороті платформи з порожнім ковшем у вибій

,

де – зусилля в піднімальному механізмі при повороті платформи з порожнім ковшем у вибій, Н;

– швидкість піднімального каната при опусканні ковша, м/с.

При повороті платформи і спуску порожнього ковша у вибій схемою управління приводом піднімального механізму забезпечується ослаблення поля навантаження двигуна. При цьому частота обертання двигуна збільшується на 10...30 %, що відповідає розрахунковій швидкості переміщення піднімального каната.

Середньозважена потужність двигуна піднімального механізму

,

де – час копання, с;

і – час повороту платформи на розвантаження і з порожнім ковшем у вибій, с;

– час циклу екскаватора, с.

Потужність двигуна напірного механізму, що необхідна для копання ґрунту,

,

де – зусилля, необхідне для копання ґрунту, Н;

– швидкість переміщення рукоятки, м/с.

.

Потужність двигуна напірного механізму при повороті платформи на розвантаження

,

де – зусилля в напірному механізмі при повороті платформи на розвантаження, Н.

Потужність двигуна при повороті платформи з порожнім ковшем у вибій при номінальній частоті обертання двигуна

,

де – зусилля в напірному механізмі, Н.

Середньозважена потужність двигуна напірного механізму

.