книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия

И. И. РОДИН, л . к . с о к б й о

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Учебное пособие

ИЗДАТЕЛЬСТВО КРАСНОЯРСКОГО УНИВЕРСИТЕТА КРАСНОЯРСК 1987

П Р Е Д И С Л О В И Е

Многоковшовые экскаваторы непрерывного действия ши­ роко применяются в гражданском, промышленном и транспорт­ ном строительстве и на добыче полезных ископаемых открытым способом. При разработке мягких, плотных и сезонно-мерз­ лых горных пород и грунтов они более эффективны, чем од­ ноковшовые, удельная производительность их больше,'энер­ гоемкость и металлоемкость меньше, продукт экскавации по­ лучается более однородный, мелко-кусковый, обеспечивается заданная фракция. Эффективность экскаваторов непрерыв­ ного действия, особенно карьерных роторных и многоковшовых цепных радиального копания, во многом зависит от конструк­ тивного исполнения машин, а при разработке твердых и сезон­ но-мерзлых пород — от рабочего органа, ковшей и зубьев.

Опыт конструирования и применения'таких машин, за ис­ ключением траншейных экскаваторов, еще невелик и нужда­ ется в дополнении, усовершенствовании и систематизации расчетов. Большинство вопросов, связанных с конструирова­ нием рабочего оборудования и методами расчетов, рассмотре­ но в периодической печати. Общей теории расчетов и конст­ руирования многоковшовых экскаваторов радиального (попе­ речного) копания посвящено несколько монографий, одна из них принадлежит д. т. н. профессору Домбровскому Н. Г., вторая — коллективу сотрудников УКРНИИпроекта и НовоКраматорского машиностроительного завода им. В. И. Лени­ на под руководством д. т. н. В. М. Владимирова, а третья (по траншейным экскаваторам) — сотрудникам ВНИИЗЕММАШ к. т. н. 3. Е. Гарбузову, В. К. Ильгисонису, Г. Б. Нарету, Л. Е. Подборскому. Однако техническая литература, сис­ тематизирующая опыт проектирования, основы выбора пара­ метров и расчета узлов экскаваторов, слишком бедна, особен­ но в учебном процессе.

Цель настоящего учебного пособия — систематизировать порядок проектирования и восполнить существующий пробел в учебной литературе. При подготовке учебного пособия ис­ пользованы исследования ВНИИЗЕММАШа, УКРНИИпроек­ та, НКМЗ им. В. И. Ленина, МИСИ им. В. В. Куйбышева, Киевского инженерно-строительного института Красноярско­ го филиала ПО ВНИИстройдормаш и др. Глава 1, 4, 5, 6 на­ писаны И. И. Родиным, глава 2 — И. И. Родиным и Л. К. Со­ коловым, глава 3 — Л. К. Соколовым.

1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ к о н с т р у к т и в н ы ^ СХЕМЫ ЭКСКАВАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ И СХЕМЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

1.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ

Экскаваторы непрерывного действия широко применя­ ются для различного рода земляных работ — разработки вы­ емок и траншей, отсыпки насыпей, а также для планировоч­ ных и зачистных работ. Эти машины представлены многоков­ шовыми цепными (рис. 1.1) и роторными (рис. 1.2) экскавато­ рами. Иногда применяют специальные машины со скребковы­ ми, резцовыми, фрезерными и шнековыми конструкциями ра­ бочего органа. Представителем такого типа является много­ ковшовый экскаватор со скребками вместо ковшей или шне­ ковым рабочим органом, выполняющим планировочные работы.

В отличие от одноковшовых универсальных экскаваторов многоковшовые — специализированные машины и их конст­ руктивные схемы в зависимости от назначения сильно отлича­ ются друг от друга. Поэтому классифицировать экскаваторы непрерывного действия по такому же принципу, что и одно­ ковшовые машины^ нецелесообразно. Многоковшовые экска­ ваторы разрабатывают грунт либо выше уровня своей стоян­ ки (экскаваторы верхнего копания), либо ниже (экскаваторы нижнего копания), или же работают как верхним, так и ниж­ ним копанием. Разработанный грунт поступает на транспорти­ рующие устройства, откуда он передается на разгружающие, либо непосредственно разгружается в транспортные средства или в отвал. В некоторых случаях грунт транспортируется рабочим органом до бункера разгрузки.

По мере разработки забоя экскаваторы передвигаются. Передвижка, участвуя в работе рабочего органа, может яв­ ляться рабочим движением и служит для образования толщи­ ны стружки. Другие машины передвигаются только после вы­ работки забоя, во время работы они стоят на месте. Все мно­ гоковшовые экскаваторы имеют следующие агрегаты и узлы:

рабочее оборудование, включающее рабочие органы и кон­ струкции для установки их в нужное положение;

транспортирующие устройства, которые транспортируют грунт от рабочих органов через питатели, перегрузочные и разгрузочные средства;

механизмы, которые передают движение всем рабочим ор­ ганам, вспомогательным и исполнительным устройствам;

силовое оборудование, служащее для приведения в движе­ ние всех механизмов;

ходовое оборудование, состоящее из нижней рамы и дви­ жителя;

платформа с надстройкой, на которой устанавливают си­ ловое и рабочее оборудование и механизмы;

управление исполнительными органами.

В соответствии с процессами работы и конструкцией рабо­ чего органа многоковшовые экскаваторы разделяют на три ос­ новные группы:

цепные и роторные продольного копания (траншеекопате­ ли, см. рис. 1.1, 1.2);

цепные поперечного копания (неповоротные и поворотные, см. рис. 1.3, 1.4);

роторные радиального (поперечного) копания (поворот­ ные) (см. рис. 1.2).

1.2. МНОГОКОВШОВЫЕ ТРАНШЕЕКОПАТЕЛИ

'Многоковшовые траншеекопатели являются неповорот­ ными машинами продольного копания. Они движутся вдоль траншеи по ее оси, причем рабочее оборудование располага­ ется сзади или сбоку машины. В большинстве случаев экска­ ваторы работают нижним копанием. Глубина траншеи колеб­ лется от 0,8 до 6 м (наиболее употребительная 1,2—2,5), ши­ рина — от 0,25 до 3,0 м. Основные параметры распространен­ ных моделей приведены в табл. 1.

Траншеекопатели работают в грунтах с удельным сопро­ тивлением копанию до 2,0 МПа, а специальные машины — до 4,0 МПа. В связи е-этим широко изменяются рабочие размеры траншеекопателей, а масса их колеблется от 6,0 до 70 т. Во всех конструкциях траншеекопателей грунт из ковшей разгру­ жается за счет свободного падения, а при разработке вязких грунтов — с применением щитков принудительной очистки или ковшей с подвижной задней стенкой на прямолинейный или криволинейный короткий ленточный реверсивный кон-

сразу на полный профиль, за один проход. При этом рабочие органы движутся в вертикальной плоскости, проходящей че­ рез ось траншеи, а движение подачи осуществляется непре­ рывным перемещением всей машины вдоль оси траншеи. Ра­ бочая скорость движения машины, обеспечивающая подачу рабочего органа, колеблется от 0,003 до 0,28 м/с, в зависимо­ сти от площади сечения траншеи и крепости грунта. Наибо­ лее употребительны скорости 0,01—0,10 м/с (36—360 м/ч). Скорость регулируют коробкой передач, а при гидравличе­ ском приводе — гидромеханической бесступенчатой переда­ чей, имеющей несколько диапазонов регулирования. Ско­ рость ковшовой цепи принимают 0,7—1,6 м/с. Окружные ско­ рости ротора Vp — от 1,5 до 2,6 м/с. Для ориентировочных расчетов можно принимать Vp= l,2 —2,0 м/с. Скорость рабо­ чей цепи и ротора может быть и регулируемой, тогда мини­ мальные ее значения составляют 0,35—0,6 м/с для роторных и 0,3—0,4 м/с для цепных машин.

Удельное усилие на 1 см2 площади сечения стружки при максимальной производительности обычно составляет 0,4— 0,6 МПа, а у машин с повышенным усилием копания — 1,2— 1,6 МПа. Для роторных экскаваторов эти значения соответ­ ствуют окружному усилию, отнесенному к сумме площадей сечений стружек, срезаемых всеми работающими ковшами. Площадь срезаемой ковшом стружки грунта при ковшовых органах колеблется от 40 до 1000 см2, толщиной от 1 до 5 см.

Рабочим оборудованием цепных траншеекопателей слу­ жат ковши или скребки. Ковшовая рама при работе обычно наклонена под углом 40—50°. Усилие подачи осуществляется от горизонтальной составляющей собственного веса рамы. Оно часто бывает недостаточно в машинах с механическим приводом подъема при разработке твердых грунтов. Поэто­ му применяют жесткий гидравлический привод подъема и опускания р'амы. Подъем и опускание ковшовой рамы можно осуществлять вращением ее* вокруг оси барабана (см. рис. 1.1, а), смещением назад особой системой (см. рис. 1.1,6), или криволинейно по специальной конструкции.

1.3. ЦЕПНЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ ПОПЕРЕЧНОГО КОПАНИЯ

Конструктивная схема цепных многоковшовых экскава­ торов поперечного копания определяется способом разгрузки грунта и количеством разгрузочных устройств. Принципиаль­

но отличных схем разгрузки имеются две: ленточным кон­ вейером в сторону от машины (рис.1 .3, а); через бункер, расположенный под порталом (рис. 1.3, б).

1.3. Конструктивные схемы цепных экскаваторов поперечно­

го копания: а — с боковой, б — с центральной разгрузкой грунта

Вторую схему применяют в тех случаях, когда разгрузка производится в транспорт, расположенный под порталом ма­ шины. Первая схема используется при выдаче грунта из за­ боя в сторону, на транспорт или отвал.

Машины первой конструктивной схемы имеют большую высоту до разгрузочных средств и ведущей звездочки ковшо­