5.1 Прямая мехлопата

Усилия, действующие на рабочее оборудование прямой мехлопаты в процессе копания, определяются в определённых расчётных положениях I-IV ковша и рукояти (рис. 14.2 книги [2]).

Расчётная сила сопротивления породы копанию Р₀₁ на зубьях ковша на высоте напорного вала Н_в, направленная по касательной к траектории резания:

(77)

Нормальная составляющая сила Р₀₂, перпендикулярная траектории, для положения II рукояти может быть принята

Р₀₂ = 0.1Р₀₁. (78)

5.1.1 Усилие подъема и мощность привода подъемной лебедки

Усилие в подъёмном канате S_n, Н, которым обуславливается нагрузка двигателя механизма подъёма, при черпании породы в любом положении ковша относительно забоя, определяется из уравнения моментов, учитывающего действие составляющих силы сопротивления породы копанию Р₀₁, Н, Р₀₂, Н, веса ковша с породой G_К+П, Н, и веса рукояти G_Р, H, относительно оси напорного вала 0:

(79)

где r, r₁, r₂, r₃, r₄, , _Р - плечи действия сил до оси напорного вала и углы наклона рукояти и подъемного каната соответственно.

Максимальное расчётное усилие на канатах, Н, соответствует моменту окончания копания забоя (II положение); когда зубья ковша находятся на высоте Н_В напорного вала, рукоять почти горизонтальна ( = 90, _Р = 0), подъемное усилие приложено к ковшу вертикально и от забоя отделяется стружка наибольшей толщины.

Максимальное усилие, по которому определяется стопорный момент двигателя механизма подъема, определяется равенством

S_{n max} = (1.25...1.43) S_n . (80)

Усилие для выбора сечения каната d_к с учетом числа его ветвей или кратности полиспаста i_n принимается

(81)

Диаметр подъемного и напорного барабанов и огибающих блоков должен быть не менее

(82)

где к_б - коэффициент, равный 25...30 для карьерных и 35...40 - для вскрышных лопат и драглайнов.

Мощность привода подъемной лебедки прямой лопаты находится на основании построения диаграмм усилия подъема S_n, скорости подъема V_n и мощности подъема в течение цикла. Поэтому для предварительных расчетов время цикла мехлопаты можно разбить на три равных периода: копание t_к, поворот на разгрузку t_p и поворот к забою t_з.

При копании в режиме без перегрузок расчетное усилие S_n для механизма подъема принимается по формуле (79) при  = 90 и _Р = 0. Двигатель механизма подъема в этом случае работает на рабочей части своей механической характеристики, и за расчетную принимается номинальная скорость подъема V_n (табл. 5.1).

Средневзвешенная мощность двигателя механизма подъема по предварительно построенным нагрузочной и скоростной диаграммам:

Таблица 5.1

Номинальные значения скоростей исполнительных механизмов

Тип экскаватора	Скорость, мс				Частота вращения поворотной платформы nз, мин-1
	подъема Vn	напора Vн	тяги Vт	хода Vх
Карьерный	0.7 – 1.2	0.4 – 0.75	–	1.5 – 0.7	2.5 – 3.5
Вскрышной	1.0 – 1.75	0.4 – 0.8		0.9 – 0.2	2.0 – 3.0
Шагающий (драглайн)	2.0 – 3.5	–	0.7 – 3.5	0.5 – 0.6	1.0 – 2.0

(83)

М

(84)

ощность, кВт, соответствующая периоду черпания,

где S_{n mах} - максимальное усилие подъема, кН.

При повороте экскаватора с груженым ковшом усилие подъема , так как в этом случае усилие копания, естественно, исключено. При таком повороте реализуется только 10 - 30% номинальной скорости подъема, так как в этот период происходит удержание ковша в определенном фиксированном положении перед погрузкой в транспортный сосуд.

Т

(85)

ребуемая мощность этого периода, кВт,

При повороте экскаватора с порожним ковшом усилие подъема , так как происходит разгрузка грунта, то из усилия подъема вычитается масса грунта.

Скорость опускания ковша V_n.o = (1.1...1.2)V_n.ном. Соответственно требуемая мощность этого периода

. (86)

5.1.2 Усилие напора и мощность напорного механизма

В

. (87)

общем случае напорное усилие в рукояти при любом положении ковша относительно забоя определяется выражением

По аналогии с механизмом подъема для механизма напора при определении мощности двигателя за период копания следует принимать усилие, соответствующее положению рукояти при  = 90 и _Р = 0:

. (88)

Мощность привода напорного механизма определяется на основании диаграмм напорного усилия, скорости и мощности напора в течение трех периодов, составляющих полный цикл.

При черпании напорное усилие находится для двух положений (1 и 2) радиуса резания - вертикального и горизонтального - с помощью графоаналитического метода.

Положение 1 - горизонтальное положение рукояти. Усилие подъема принимается равным . Зная усилие подъема и Р₀₁, из силового многоугольника находим .

Положение 2 - рукоять в горизонтальном положении и выдвинута на 3/4 своего хода.

Усилие S_н также находим из силового многоугольника.

Среднее расчетное значение S_н.ср находится как полусумма начального и конечного значений усилия напора.

С

(89)

корость напора для I периода принимается номинальной:

Соответственно мощность, кВт, необходимая для этого периода:

(90)

5.1.3 Мощность привода гусеничного хода

Внешнее сопротивление, кН,

W_I = W₁ + W₂ .

С

(91)

опротивление от перемещения на подъем, кН,

(сопротивление при развороте экскаватора не учитывается).

Сопротивление перекатыванию гусениц, кН,

(92)

где b - ширина гусениц, м;

п - число гусениц;

q₀ - сопротивление породы смятию, q₀ = 0.950.13 МНм²;

q_п - паспортное (допускаемое) удельное давление, МН/м².

Сопротивления на рабочем органе и от ветра не учитываются.

Сопротивление от перекатывания опорных катков и от трения на их осях, Н,

(93)

где т_э - масса экскаватора, т;

D - диаметр опорных катков, м;

d - диаметр осей катков;

f_к - коэффициент трения качения, f_к = 0.05...0.1;

 - коэффициент трения,  = 0.1...0.2.

Окружное усилие на ведущих колесах, Н,

(94)

М

(95)

ощность привода, кВт,

где V_X - скорость хода, м/с (табл. 5.1);

 = 0.85 - КПД редуктора.