3.2.4. Определение мощности привода шагающего

механизма драглайна

Постановка задачи и исходные данные

Определить мощность привода шагающего механизма драглайна с ковшом Е = 40 м³.

Порядок решения задачи

1. Масса экскаватора (т) по (3.9): ,

где К_Экс выбираем из рекомендуемого диапазона, т/м³.

2. Размер стрелы (м) по (3.10):

m_э

где K_Lc – по табл. 3.4.

Стрелу устанавливаем под углом 30° к горизонту.

3. Радиусы задней стенки и пяты поворотной платформы (м)

; .

4. Длина платформы (м)

.

5. Масса стрелы (т) по (3.8) с учетом коэффициента К_т

по табл. 3.3

m_ст = К_m ∙ m _э

6. Масса платформы, т (по формуле 3.27): m_пл = К_п ∙ m_э.

7. Диаметр базы D_б, (м) исходя из среднего удельного давления на грунт p_ср = 100 кПа, достаточного для работы на породах отвала:

8. Координата центра тяжести экскаватора относительно оси вращения платформы (м)

.

9. Работа А₁ (кДж) расходуемая на подъем экскаватора при высоте подъе­ма центра тяжести h_пц и с учетом того, что до 85 % веса экскаватора (К = 0,85) передается на башмаки, по (3.51)

.

10. Работа А₂,(кДж) расходуемая на преодоление сил трения базы о породу при длине шага, м, угле подъема пути α (град) и коэффициенте трения ба­зы о влажную породу (μ₁) по (3.52)

.

11. Мощность привода хода (кВт).при продолжительности одного шага Т (с) и кпд привода η определяется по (3.53)

.

Учитывая относительную кратковременность действия максимальной нагрузки в цикле шагания, а также наличие перегрузочной способности ходо­вых двигателей постоянного тока (n_пер≥2) выбираем два двигателя привода хода по 1000 кВт каждый.

12. Скорость передвижения экскаватора V_х (м/ч) с учетом проскальзывания башмаков по влажному глинистому грунту К" = 0,8 получим по (3.57)

.

3.3. Примеры решения задач

Пример 1.

Определить линейные параметры и массы конструктивных элементов, а также мощности главных приводов одноковшовой прямой лопаты с зубчатореечным напором, стрела однобалочная, рукоять двухбалочная, неразгруженная от кручения.

Исходные данные экскаватора: вместимость ковша , породы категории IV, тяжелые с плотностью , коэффициент разрыхления , скорость подъема ковша , скорость напора , частота поворота платформы (угловая скорость платформы ), расчетное время цикла , угол наклона стрелы .

Решение:

1. Масса экскаватора по (3.9)

,

где , выбираем из рекомендуемого диапазона .

2. Линейные размеры ковша по (3.1):

ширина ;

длина ;

высота .

3. Масса и вес ковша по (3.2):

; ,

где для тяжелых пород.

4. Масса и вес породы в ковше по (3.5):

;

.

5. Размер стрелы по (3.10):

,

где (табл. 3.4).

6. Размер рукояти по (3.10):

,

где (табл. 3.40.

7. Масса и вес рукояти по (3.7):

,

,

где из табл. 3.2.

8. Высота напорного вала по (3.10):

,

где (табл. 3.4).

9. Высота пяты стрелы по (3.10):

,

где (табл. 3.4).

10. Максимальная высота черпания по (3.10):

,

где из табл. 3.4.

11. Максимальный радиус разгрузки по (3.10):

,

где (табл. 3.4).

12. Вес ковша с породой:

.

13. По исходным и расчетным данным строим схемы расположения ковша и рукояти, нагрузочные и скоростные диаграммы (рис. 3.7). При этом цикл «а – копание» соответствует вертикальному направлению подъемного каната ( , см. рис. 3.1) и горизонтальному положению рукояти ( ). Аналогично строятся схемы рис.3.6, б, в.

14. Сопротивление породы копанию по (3.10) и (3.15):

,

где - коэффициент сопротивления копанию из табл. 3.5.

15. Усилие подъема ковша при копании по (3.14):

;

,

где , а величины определены по схеме на рис. 3.7, а;

– доля общей силы тяжести рукояти, создающая момент сопротивления при копании.

16. Мощность, затрачиваемая на подъем ковша при копании по (3.13):

.

17. Усилие подъема при повороте груженного ковша на разгрузку по (3.14):

;

.

Здесь величины и , , определены по схеме рис. 3.7, б, а - сила тяжести рукояти, создающая момент сопротивления при повороте на разгрузку.

18. Мощность, затрачиваемая при повороте на разгрузку по (3.13) и с учетом диаграммы скорости (рис. 3.7):

.

Рис. 3.7. Расчетные схемы расположения ковша и рукояти. Нагрузочные (сплошная линия) и скоростные (пунктир) диаграммы главных механизмов

ме­ханической лопаты в период:

а — копания; б — поворота груженого ковша на разгрузку; в — поворота порожнего ков­ша на забой

19. Усилие подъема при повороте ковша в забой по (3.14):

;

.

Здесь величины и , определены по схеме рис. 3.8, в.

20. Мощность, затрачиваемая при повороте с порожним ковшом в забой по (3.13) и с учетом диаграммы скорости на рис. 3.7.

.

21. Средневзвешенная мощность двигателя механизма подъема по (3.12):

.

При установке двух двигателей в подъемной лебедке мощность каждого из них определится как

.

22. Усилие в напорном механизме при копании (Н) (см. схему рис. 3.7, а, подъемный канат вертикален , а рукоять горизонтальна ) по (3.18) получим:

.

С учетом формулы (3.18), где ,

.

23. Мощность, затрачиваемая на напор при копании:

.

24. Усилие в напорном механизме при повороте груженного ковша на разгрузку по (3.18):

.

Здесь величины и , , определены по схеме рис. 3.7, б, а - сила тяжести рукояти, создающая момент сопротивления при повороте на разгрузку.

25. Мощность, затрачиваемая на напор при повороте на разгрузку:

.

26. Усилие напора при повороте порожнего ковша в забой по (3.14):

.

Здесь максимальное усилие в напорном механизме возникает при подъеме пустого ковша и рукояти из вертикального положения без участия подъемной лебедки, как это показано пунктиром на схеме

рис. 3.7, в.

27. Мощность напорного механизма, затрачиваемую при повороте экскаватора с порожним ковшом в забой, определим по формуле:

.

28. Средневзвешенная мощность двигателя механизма напора по (3.15):

.

29. Для вычисления моментов инерции вращающихся частей экскаватора по (3.10) с учетом коэффициентов (табл. 3.4) определяем:

ширину платформы ;

радиус задней стенки ;

радиус пяты стрелы ;

длину платформы .

30. По (3.8) с учетом коэффициентов по табл. 3.3 находим:

массу стрелы с блоками ;

массу напорного механизма ;

массу платформы с механизмами (по формуле (3.30)) .

31. Момент инерции поворотной платформы относительно оси ее вращения по (3.26):

;

.

32. Момент инерции стрелы с блоками относительно оси вращения платформы по (3.28):

.

33. Момент инерции ковша с породой и без породы относительно оси вращения платформы по (3.29):

;

.

34. Момент инерции напорного механизма относительно оси вращения платформы по (3.30):

.

35. Момент инерции рукояти относительно оси вращения платформы по (3.31):

.

36. Суммарные моменты инерции вращающихся частей экскаватора при повороте с груженым и порожним ковшом по (3.25):

;

.

37. Средневзвешенная мощность двигателей поворотного механизма при вращении платформы с груженым ковшом по (3.24):

.

При двух двигателях в поворотном механизме мощность каждого двигателя составляет 96 кВт.

Пример 2.

Определить эксплуатационные параметры ковша драглайна вместимостью предназначенного для отработки вскрышного уступа с углом наклона борта к горизонту в тяжелых породах с плотностью , коэффициентом сопротивления копанию , коэффициентом разрыхления , коэффициентом трения ковша о породу , а также рассчитать: – максимальное тяговое усилие (кН); – максимальное подъемное усилие (кН); m_к – массу ковша (т); – высоту крепления тяговой цепи (м).

Решение:

1. Линейные размеры и массу ковша по формулам (3.3) и (3.4):

; ;

;

.

2. Масса породы в ковше по (3.5) и табл. 3.1:

.

3. Вес ковша с породой:

.

4. Касательная составляющая усилия сопротивления породы копанию на режущей кромке ковша по (3.32) и табл. 3.1:

.

5. Потребляемое тяговое усилие по (3.36):

,

где для новых и 0,8 – для весьма изношенных зубьев;

при , ;

при , .

6. Из рис. 3.3 определяем величину .

7. Высота крепления тяговой цепи на боковой щеке ковша при координатах расположения центра тяжести пустого ковша и , по (3.37) и рис. 3.3

;

при , ;

при ; .

У стандартного ковша , откуда принимаем высоту расположения верхнего отверстия крепления тяговой цепи , а нижнего .

8. Условие устойчивости ковша против опрокидывания на откосе при пустом ковше (кН):

;

.

9. Максимальное значение , которое можно развить на режущей кромке пустого ковша при внедрении его на откосе :

; .

10. По формуле (3.38) определяем максимальное значение , которое может преодолеть режущая кромка пустого ковша при внедрении его на откосе с верхним и нижним расположением тяговой цепи по высоте:

;

.

11. Максимальное значение силы тяги по (3.39):

.

12. Усилие в подъемном канате при отрыве груженого ковша от забоя (концевая нагрузка) по (3.40):

.

13. Стопорное усилие в подъемном канате при отрыве груженого ковша от забоя (концевая нагрузка) по (3.41):

.

Пример 3.

Произвести тяговый расчет двухгусеничного хода одноковшового экс­каватора с полной массой, включая полезную нагрузку (породу в ковше) т=462,8 т (вес машины G=4540 кН) при прямолинейном движении на гори­зонтальном участке со скоростью Vx = 0,7 км/ч

(0,194 м/с) и при скоростном на­поре ветра р_d = 0,25 кПа. Максимальное

давление под гусеницей при передви­жении р_тах = 400 кПа. Ходовая тележка: общая ширина В'= 6,68 м при звеньях b=1,4 м, ширина колеи

В = 5,28 м, общая длина по осям ведущей и натяжной звездочек L= 7,95 м. Наветренная площадь экскаватора 30 м². Максимальный угол подъема при передвижении α = 12°, грунт — сухие глины с коэффициен­том сопротивления смятию р₀ = 4000 кПа/м и коэффициентом сопротивления повороту μ' = 0,6, средний радиус разворота R≤5L, КПД привода хода η= 0,6.

Решение:

1. Максимальное тяговое усилие хода при прямолинейном движении экскаватора с подъемом на угол α= 12° по (3.45):

=

= 4540 • 0,05 + 400²∙1,4∙2/(2∙4000) + 0,25 • 30 + 4540 ∙ 0,2 = 1198,5 кН.

2 Максимальное тяговое усилие при развороте экскаватора по (3.46) с учетом (3.48 и (3.49). Сопротивлением ветровой нагрузке пренебрегаем, т.к. она, как показал предыдущий расчет, составляет менее 1 %:

= +

+ + + + =

= 0,5 • 4540 • 0,05 • 1,2 (1+2 • 1,9/5,28) + + 400² • 1,4 • 2/(2 • 4000) + 0 +

+0,5 •4540 • 0,2 (1 + 2 • 1,9/5,28) + 0,5 • 4540 • 6,68 • 0,6 • 7,95/(7,95 + +0,15 • 5 • 7,95)-5,28 = 2055 кН.

3. Суммарная мощность двух двигателей при движении экскаватора по горизонтальной поверхности с подъемом на максимальный угол α = 12° с уче­том снижения на 40 % номинальной скорости движения V`_x =0,6V_x = 0,1166 м/с

= 1198,5 • 0,1166/0,6 = 234 кВт.

4. Выбираем два двигателя постоянного тока ДЭ-812 номинальной мощностью по N_h =100 кВт при n_дХ = 750 мин^-1 , допускающие двухкратную перегрузку в течение 45 мин.

5. Мощность двигателей при движении на разворот с подъемом

и с уче­том снижения на 50 % номинальной скорости движения

V_x' = 0,5 V_x = 0,097 м/с:

= 2055 • 0,097/0,6 = 333 кВт.

6. Фактическая перегрузка в самом тяжелом режиме

к_п = 333/2•100 = 1,66, что позволяет эксплуатировать двигатели хода в этом режиме в те­чение более 1,5 ч.

7. Диаметр ведущего колеса = 0,18•7,73 = 1,4 м.

8. Частота вращения ведущего колеса

= 60 • 0,194/3,14 • 1,4 = 2,647 мин^-1.

9. Передаточное отношение механизма хода

= 750/2,647 = 283.

Пример 4.

Определить мощность привода шагающего механизма драглайна с ковшом Е = 40 м³.

Решение:

1. Масса экскаватора по (3.9): = 85∙40 =3400 т,

где К_Экс = 85 т/м³ выбираем из рекомендуемого диапазона 50—120 т/м³.

2. Размер стрелы по (3.10):

=7∙15,1 = 105,7 м,

где K_Lc = 7 (табл. 3.5).

Стрелу устанавливаем под углом 30° к горизонту.

3. Радиусы задней стенки и пяты поворотной платформы

= 1,6∙15,1 = 24 м; =0,6∙15,1 = 9 м.

4. Длина платформы =23 м.

5. Масса стрелы по (3.8) с учетом коэффициента К_т (табл. 3.3)

m_ct= 0,07∙3400 = 238 т.

6. Масса платформы (по формуле (3.27)): m_пл = 0,75 • 3400 = 2550 т.

7. Диаметр базы D_б, исходя из среднего удельного давления на грунт p_ср = 100 кПа, достаточного для работы на породах отвала:

= 20,6 м.

8. Координата центра тяжести экскаватора относительно оси вращения платформы

= {2550 • 24 – 0,5 • 23) –

– 238 (0,5 • 105,7 • 0,87+9)}/3400 = 5,5 м.

9. Работа А₁, расходуемая на подъем экскаватора при высоте подъе­ма центра тяжести h_пц = 0,8 м и с учетом того, что до 85 % веса экскаватора (К = 0,85) передается на башмаки, по (3.51)

= 0,85 • 9,81 • 3400 • 0,8 = 22680 кДж.

10. Работа А₂, расходуемая на преодоление сил трения базы о породупри длине шага S = 3 м, угле подъема пути α = 12° и коэффициенте трения ба­зы о влажную породу m = 0,5, по (3.52)

= 9,81 • 3400 • 3 [(1 - 0,85)-0,5+ 0,2] =

=27517 кДж.

11. Мощность привода хода при продолжительности одного шага Т=120 с и КПД привода η = 0,7 по (3.53)

(22680 + 27517)/(0,25 • 120 • 0,7) = 2390 кВт.

Учитывая относительную кратковременность действия максимальной нагрузки в цикле шагания, а также наличие перегрузочной способности ходо­вых двигателей постоянного тока (n_пер≥2), выбираем два двигателя привода хода по 1000 кВт каждый.

12. Скорость передвижения экскаватора с учетом проскальзывания башмаков по влажному глинистому грунту К" = 0,8 получим по (3.54)

= 3600 • 3 • 0,8/120 = 72 м/ч.