Мощность двигателя подъемного механизма при копании породы:

где V_пл – скорость перемещения подъемного каната, м/с; [3], принимается V_пл = 0,65 м\с;

 = 0,8÷0,85 – КПД подъемного механизма;

Усилие, возникающее в подъемном механизме при повороте платформы на разгрузку, определяется из уравнения моментов создаваемых весом ковша с породой и весом рукояти относительно оси напорного вала;

= (3.14)

^,

где , , cos, sin, - определяются по схеме, рисунок 1.7.

При возвращении платформы с порожним ковшом в забой усилия в подъемном механизме определяется из уравнения моментов, создаваемых весом ковша без породы и весом рукояти,

= (3.15)

.

Мощность двигателя подъемного механизма при повороте платформы на нагрузку;

(3.16)

Мощность двигателя подъемного механизма при повороте платформы с порожним ковшом в забой ;

. (3.17)

Среднее значение k_нап при врезании ковша в породу колеблется в пределах 50 – 80%, достигая в скальных породах величины 100 – 105%. Тогда формула (1.14) с учетом категории обрабатываемой породы записывается в виде:

,

Nнл = .

Для определения средневзвешенной мощности двигателя подъемного механизмов необходимо знать выполнение отдельных операций при работе экскаватора. Время поворота платформы на разгрузку и возвращение в забой составляет для прямых механических лопат 60 – 70% времени полного цикла работы. Для предварительных расчетов время цикла разбивается на три равных периода:

где t_к – время копания;

t_п и t_з – время поворота платформы на разгрузку и с порожним ковшом в забой;

t_ц = 23с – время цикла работы (см. таблицу 3.1):

.

Средневзвешенные мощности двигателей подъемного механизма:

= (1.27)

,

3.2 Выбор, проверка двигателя по нагреву и расчет нагрузочной диаграммы

Рекомендуемые формы механических характеристик двигателя механизма подъёма экскаватора представлены на рисунке 3.1.

Ниже приводится расчёт для подъемного механизма.

По заданной скорости перемещения ковша V_кан = 0,87 м/с определяется частота вращения подъемного барабана (1.47):

ω

ω₀

ω_н

ω_отс

Рисунок 3.1 – Механическая характеристика механизма подъёма экскаватора.

Таблица 3.1 -Технические данные двигателя ДПЭ – 82А

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Величина
Мощность	Рн	кВт	190
Номинальное напряжение	Uн	В	300
Номинальный ток	Iн	А	680
Номинальная скорость	nн	об /мин	740
Режим работы, ПВ	%		100
Предельная скорость вращения	nmax	об /мин	1500
Момент инерции	Jя	кг/м2	17
Сопротивление обмоток при 200
Якоря	vя	Ом	0,0122
добавочных полюсов	rgn	Ом	0,0088
Напряжение возбуждения	Uвн	В	85
Сопротивление обмотки возбуждения при 200	Rв	Ом	3,5

Передаточное число редуктора (1.50):

, (3.18)

Применяется трехступенчатый цилиндрический редуктор с ближайшим придаточным числом i_ред = 80.

Моменты инерции рукояти, ковша и породы определяются по формулам

, (3.19)

, (3.20)

. (3.21)

Момент инерции редуктора и барабана

Jред.б = 0,2 ∙17= 3,4 кг∙м (3.22)

Рассчитываются нагрузочные и скоростные диаграммы выбранного двигателя за один цикл работы экскаватора. Предполагается, что первоначальный пуск двигателя происходит при опущенном на подошву забоя порожнем ковше. Момент сопротивления в этом случае будет состоять из преодоления сил тяжести рукояти и ковша:

, (3.23)

Номинальный момент двигателя (1.56):

(3.24)

В соответствии с рекомендациями (см. рисунок 1.8) определяются моменты двигателя стопорный и отсечки:

а) стопорный момент :

;

б) момент отсечки :

;

Динамический момент при пуске двигателя (1.57):

, (3.25)

;

.

Время разгона двигателя до номинальной скорости (1.58):

(3.26)

t₁.

Средний момент двигателя при разгоне:

.

Момент сопротивления за время копания изменяется от минимальной величины М₁, до величины момента, обусловленного усилием в подъемном механизме в конце копания N_пл. Поэтому за расчетную величину момента принимается среднее арифметическое значение (1.59):

(3.27)

М₄.

Время копания с установившейся скоростью (1.60):

(3.28)

где L_н – высота забоя;

V_пл – скорость перемещения подъемного каната;

Момент сопротивления при удержании груженого ковша и повороте его на разгрузку (1.61):

, (3.29)

Время удержания груженого ковша в заторможенном состоянии равно времени вращения поворотной платформы к месту разгрузки.

Тормозной момент при маневрировании с груженым ковшом и снижении скорости вращения двигателя до 0,1 w_ном. (1.62):

(3.30)

Время торможения ковша с породой до скорости вращения 0,1 w_ном. (1.63):

(3.31)

Средний момент двигателя, развиваемый при торможении:

.

Средний момент при разгрузке ковша:

.

Время разгрузки ковша .

Динамический момент при реверсировании и разгоне двигателя на спуск порожнего ковша (1.64):

(3.32)

Время разгона двигателя до скорости вращения, равной 1,1w_ном (1.65):

(3.33)

.

Средний момент, развиваемый двигателем при спуске порожнего ковша (1.66):

(3.34)

Момент сопротивления при опускании порожнего ковша с установившейся скоростью (1.67):

, (3.35)

Время опускания ковша с установившейся скоростью при продолжительности цикла t_ц = 23с.

Момент при торможении порожнего ковша и спуске его в забой (1.68):

, (3.36)

Время торможения при спуске порожнего ковша:

.

Средний момент, развиваемый двигателем при торможении с порожним ковшом (1.69):

М13 = М12 + М11 = (3.37)

Эквивалентный момент двигателя подъема:

.

Из сравнения эквивалентного момента с номинальным моментом двигателя видно, что выбранный двигатель отвечает требованиям по условиям нагрева.

Теперь необходимо проверить двигатель по перегрузке. Максимальный момент двигателя:

(3.38)

Сравнивая М_мин с пусковым моментом равным 5517 Н∙м делается вывод, что выбранный двигатель проходит по перегрузке и обеспечивает выполнение требуемой тахограммы.

Нагрузочная диаграмма и тахограмма работы механизма подъема экскаватора ЭКГ-5

Рисунок 3.2.

Как видно из диаграммы (рисунок 3.2.), режим работы механизма подъема одноковшового экскаватора характеризуется частыми пусками и реверсами, быстрыми разгонами и остановками. Частота включений подъемного двигателя доходит до 300 В/час. Для привода подъема свойственен ударный характер его нагрузки, который определяется тем, что при подъеме ковша двигатель создает вращающий момент, а при опускании ковша двигатель работает в генераторном режиме.

В группе главных электроприводов, электропривод подъема является самым мощным на экскаваторе и основным в соответствии с заданным значением нагрузки, скоростью подъема ковша и производительностью экскаватора.