3.1.3. Определение нагрузок на рабочее оборудование прямых

карьерных лопат

Усилия, действующие на рабочее оборудование прямой мехлопаты в процессе копания, определяются в расчетных положениях I—IV ковша и рукояти (рис. 3.1).

.

Рис. 3.1. Схема к определению подъемного и напорного усилий

Подъемный механизм. Усилия в подъемном канате (кН) при черпании породы в любом положении ковша относительно за­боя, которыми обусловливается нагрузка двигателя механизма подъема, определяются из уравнения моментов, учитывающего действие составляющих силы сопротивления породы копанию (кН) и

(кН), веса ковша с породой (кН) и веса рукояти (кН) относительно оси напорного вала О:

, (3.14)

где — соответственно плечи действия сил до оси

напорного вала и углы наклона рукояти и подъемного каната (по

схеме рабочего борудования лопаты).

Максимальное расчетное усилие на канатах (кН) соот­ветствует моменту окончания копания забоя (II положение рукояти), когда зубья ковша находятся на высоте напорного вала, рукоять почти горизонтальна ( , ), подъемное усилие при­ложено к ковшу вертикально и от забоя отделяется «стружка» наи­большей толщины, обеспечивающая 100 %-ное наполнение ковша.

Расчетная сила сопротивления породы копанию на зубь­ях ковша на высоте напорного вала, направленная по касатель­ной к траектории резания, составит

, (3.15)

где — коэффициент сопротивления породы копанию, кПа (табл.3.5).

Нормальная составляющая силы перпендикулярная к траектории, для положения II рукояти может быть принята

(3.16)

Значения зависят от величины развиваемого напорного усилия. Составляющая приложена почти перпендикулярно к руко­яти, в силу чего может иметь плечо относительно оси О, однако оно весьма мало и в расчетах может быть принято равным нулю.

Расчетные формулы (3.2) и (3.5) для определения массы ковша с породой приводились выше.

Напорный механизм. Напорное усилие определяется для трех положений ковша (см. рис. 3.1): I— начало копания; III— конец копания на полном вылете рукояти; IV— вынос груженого ковша на полный вылет рукояти на максимальной высоте.

Направленное вдоль рукояти усилие, развиваемое напорным механизмом (кН) при ее выдвижении, называется активной си­лой напора:

, (3.17)

где — момент, развиваемый напорным двигателем, ;

— передаточное число редуктора (от двигателя до напорного

вала или барабана);

— радиус кремальерной шестерни или барабана, м;

η_Н = 0,75…0,8 — КПД напорного механизма.

Таблица 3.5

Значения коэффициента К_F , МПа

Катего- рия породы по Н.Г. Домбров- скому	Характерные группы пород	Коэффициент сопротивления копанию экскаваторами: _______________________________________ Лопатой ! Драглай- ! Цепным ! Роторным ! ном ! !
I	Мягкие и рыхлые породы (супесь, мягкий суглинок)	0,016 – 0,12	0,03 – 0,12	0,05 – 0,18	0,04 – 0,13
II	Довольно плот- ные породы,мерз- лый грунт I ка- (тегории, суглиок, мягкая глина	0,07 – 0,16	0,12 – 0,2	0,05 – 0,18	0,04 – 0,13
III	Слабый уголь, плотная порода, мерзлый грунт I – II категории (сугли- нок плотный, глина средняя, мягкие ар- гиллиты )	0,12 – 0,25	0,16 – 0,3	0,24 – 0,45	0,2 – 0,35
IV	Уголь средней кре- пости, очень плот- ная порода, мерзлый грунт I – II катего- рии (суглинок креп- кий со щебнем, гли- на крепкая )	0,22 – 0,36	0,25 – 0,42	0,36 – 0,6	0,3 – 0,45

Активное напорное усилие, реализуемое на рукояти ковша, должно при его движении преодолевать нормальную реакцию по­роды , составляющую усилия подъема ковша, направленную вдоль рукояти, а при положении ковша выше оси напорного вала — и составляющие веса ковша с породой и рукояти. Так как рабо­та ковша обычно совершается ниже оси напорного вала, то эти си­лы способствуют напору, разгружая механизм напора.

При отсутствии заглубления ковша, что имеет место при ко­пании выше оси напорного вала, выдвижения рукояти не требует­ся. В этом случае напорное усилие является пассивным, так как должно обеспечивать удержание рукояти в нужном положении при включенном двигателе или с помощью тормоза.

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

, (3.18)

уточняемым в соответствии с расчетными положениями.

Положение I рукояти: зубья ковша на уровне стоянки экска­ватора, ось рукояти вертикальна, подъемная лебедка отключена; напорное усилие в этом положении рукояти должно осуществлять ее втягивание с наполненным ковшом в седловой подшипник. Тре­буемое для этого усилие возврата определяется из формулы (3.18) и должно быть меньше , полученного из выражения (3.17).

Положение III рукояти: стрела под углом 45°, рукоять на полном вылете, зубья на уровне оси напорного вала, ковш напол­нен породой.

Сила принимается такой же величины, что и в II положе­нии III рукояти [см. формулу (3.15)]. Сила .

Сила определяется из уравнения моментов относитель­но оси напорного вала [см. формулу (3.14)]. Сила определяет­ся по формуле (3.18).

Положение IV рукояти: стрела под углом 50—55°, рукоять на полном вылете, зубья ковша на наибольшей возможной высоте, ковш полностью загружен породой.

Предварительно для этого положения определяется возмож­ное значение из уравнения моментов относительно оси напор­ного вала [см. формулу (3.14)]. Сила .

В положении IV на рукоять действует максимальное усилие , определяемое выражением (3.18), при положительных знаках всех его членов. Это усилие называется пассивным и принимается исходным для расчетов тормоза механизма напора и рукояти на прочность.

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

. (3.19)

Усилие для выбора сечения каната (м) с учетом числа его ветвей(или кратности полиспаста ) и четырех, - пятикратного запаса

прочности определится как

.

Диаметр подъемного и напорного барабанов и огибающих блоков должен быть не менее , где – коэффициент, равный

25 – 30 для карьерных и 35 – 40 для вскрышных лопат и драглайнов.