3 Расчёт мощности и выбор двигателя

3.1 Расчёт статических усилий

Для определения усилий, возникающих при работе экскаватора, необходимо знать массы и линейные размеры экскаватора и его отдельных конструктивных элементов, которые можно определить по электрическим формулам [3].

Массу всего экскаватора на основании отчетных данных определяем по формуле (3.1),

, (3.1)

где k_экс - коэффициент удельной массы экскаватора, равный отношению массы экскаватора к ёмкости ковша;

Е - емкость ковша, м³.

.

По величине массы экскаватора и приведенным в [3] коэффициентом k_L определяем линейные размеры отдельных конструктивных элементов по формуле (3.2)

. (3.2)

Размеры стрелы и рукояти:

;

.

Высота напорного вала:

.

Высота пяты стрелы:

.

Максимальная высота копания:

.

Массу поворотной платформы с механизмами, массу стрелы с блоками и массу напорного механизма рассчитываем по эмпирической формуле (3.3)

, (3.3)

где k_m - коэффициенты массы (по [3]);

m_экс - масса экскаватора.

Линейные размеры (ширину, длину и высоту) ковшей механических лопат определяем соответственно по формулам (3.4)÷(3.6):

=1,2∙³=2,05м; (3.4)

=0,77∙2,05=1,58м; (3.5)

= 0,75∙2,05=1,54м. (3.6)

Массу и вес ковша рассчитываем по формуле:

, (3.7)

где С_к.л - коэффициент, равный 1,3 (по [3]);

m_к.л, Е - масса и ёмкость ковша механической лопаты соответственно.

m_к.л = 1,15∙1,3∙5=7,5 т;

.

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Массу породы в ковше механических лопат рассчитываем по формуле:

, (3.8)

где _п - плотность горной породы в целике (по [3]);

k_р - коэффициент разрыхления породы (по [3]).

Массу и вес рукояти механической лопаты определяем по формуле:

, (3.9)

где С_р – коэффициент, равный 0,9 (по [3]);

m_к.л - масса ковша лопаты.

m_р = 0,9∙7,5 = 6,75 т.

.

По полученным расчетным данным определяются усилие и мощность двигателя подъема и напора в отдельные периоды работы экскаватора в течение одного цикла.

Усилие, возникающее в подъемном канате N_п.л, которым обуславливается нагрузка двигателя подъемного механизма при копании, определяется из уравнения моментов, создаваемых сопротивлением породы копанию N_1л, весом ковша с породой G_к+п и весом рукояти G_р относительно оси напорного вала.

Сопротивление породы копанию рассчитываем по формуле:

= (3.10)

где k_к.л = 2.5 - удельное сопротивление породы копанию, которое зависит от характера породы;

k_р = 1.35 - коэффициент разрыхления породы

L_з - высота забоя, принимаемая равной высоте расположения напорного вала;

L_н - относительно уровня стояния экскаватора.

Вес ковша с породой и вес рукояти:

; (3.11)

G_к+п = .

Сила тяжести рукояти, создающая момент сопротивления при копании:

; (3.12)

где l_п - определяется по схеме на рисунке 3.1.

Усилие при копании:

, (3.13)

где l₁, l_к, l_p и l_п - длины плеч, определяемые по схеме на рисунке 3.1

Nпл.