3.1.8. Тяговый расчет шагающего ходового оборудования

Привод шагающего механизма расходует энергию на подъ­ем экскаватора массой т₃ (т), преодоление сил трения базы о грунт при перемещении экскаватора и на перенос ходовых башмаков. Последнюю составляющую можно не учитывать из-за ее относи­тельно малой величины.

Работа А₁ (кДж), расходуемая на подъем экскаватора, опре­деляется как

, (3.51)

где К = 0,9…0,85 — коэффициент, показывающий какая часть веса экскаватора (G₃=gm₃, кН) передается на башмаки при шагании;

h_пц — высота подъема центра тяжести экскаватора, м.

Работа А₂ (кДж), расходуемая на преодоление сил трения ба­зы о породу, определяется из выражения

(3.52)

где S — длина шага, м;

μ₁= 0,5…1,0 — коэффициент трения базы о породу;

α — угол подъема пути, град.

Если принять продолжительность одного шага Т (с), то при­вод за время, примерно равное 0,25T, произведет подъем экскава­тора и его перемещение, а за время, равное 0,5T, осуществит пере­нос башмаков.

Мощность N_x(кВт) привода ходовой части определим, как

(3.53)

где η = 0,5…0,7 — КПД механизма шагания.

Скорость хода V_x (км/ч) шагающих экскаваторов определя­ется по формуле

(3.54)

где К"= 0,7…0,9 — коэффициент, учитывающий проскальзывание

башмаков по грунтовому основанию в начале и конце

шага, веду­щее к уменьшению фактической длины шага.

3.2. Задачи для выполнения практических работ

3.2.1. Определение эксплуатационных параметров рабочего оборудования прямой механической лопаты

Постановка задачи и исходные данные

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.

Вместимость ковша Е, породы заданной категории с плотностью γ_п, коэффициент разрыхления К_р, скорость подъема ковша v_под, скорость напора v_н, частота поворота платформы n, расчетное время цикла t, угол наклона стрелы α_стр.

Значения исходных данных для соответствующих вариантов задания см. в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Исходные данные для расчета

Вари-ант	Е, м3	Катего-рия породы	γп, т/м3	Кр	vпод м/с	vн м/с	n, мин-1	tц , с	αстр, градус
1	8	IV	3,5	1,37	1,0	0,7	3,0	28	44
2	12,5	III	2,5	1,3	0,9	0,6	2,65	26	43
3	4,6	II	1,8	1,25	1,2	0,7	3,5	24	45
4	5	I	1,6	1,1	1,1	0,73	3,4	25	46
5	8	IV	3	1,35	0,9	0,71	3,2	27	43
6	12	III	3,5	1,3	0,95	0,62	2,8	30	44
7	16	II	2,5	1,25	0,8	0,5	2,6	31	45
8	20	IV	3,1	1,3	0,7	0,4	2,5	32	46
9	5	III	3,1	1,3	1,2	0,72	3,5	25	43
10	3,5	II	1,9	1,25	1,2	0,75	3,5	24	44
11	10	IV	3,2	1,31	1,1	0,6	3,1	31	45
12	4,6	III	2,6	1,3	1,2	0,73	3,2	25	46
13	15	II	2	1,25	1,0	0,45	2,7	32	43
14	11,5	IV	3,3	1,32	0,9	0,51	2,7	30	44
15	8	III	2,7	1,3	1,1	0,65	3,3	28	45
16	5	II	2,1	1,25	1,2	0,64	3,4	25	46
17	12	IV	3,4	1,33	1,1	0,6	3,0	28	43
18	5,2	III	3	1,3	1,1	0,7	3,2	26	44
19	20	III	2,8	1,3	0,8	0,45	2,6	35	45
20	16	IV	3,5	1,34	0,9	0,52	2,8	33	47
21	10	III	2,9	1,3	1,0	0,62	2,9	32	43
22	7	II	2,2	1,25	1,2	0,72	3,3	30	44
23	3,5	III	3,1	1,3	1,18	0,75	3,4	26	45
24	3,2	IV	3	1,36	1,2	0,7	3,5	25	46
25	4,6	II	2,3	1,25	1,15	0,75	3,3	26	45
26	12	III	3,2	1,27	1,13	0,64	3,4	28	43
27	8	IV	3,3	1,29	1,17	0,69	3,45	31	44

Порядок решения задачи

1. Масса экскаватора (т) по (3.9),

m = K_э∙Е.

(Значения К_э выбираем из рекомендуемого в раделе 3.1.1 диапазона).

2. Линейные размеры ковша (м) по (3.1):

ширина; В_к = 1,2 ;

длина ;

высота. h_к = 0,75∙В_к.

3. Масса (т) и вес (Н) ковша по (3.2):

; .

Значения К_к см. в разделе. 3.1.1.

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

m_пор = Е∙γ/К_р (значения К_р см. в табл. 3.1).

5. Размер стрелы (м) по (3.10):

(К_Lc – из табл. 3.4).

6. Размер рукояти, м, по (3.10):

(K_Lp – из табл.3.4).

7. Масса (т) и вес (Н) рукояти по (1.7):

(К_рук – из табл. 3.2).

.

8. Высота напорного вала (м) по (3.10):

(К_Lн – из табл. 3.4).

9. Высота пяты стрелы (м) по (3.10):

(К_Lп – из табл. 3.4).

10. Максимальная высота черпания (м) по (3.10):

(К_Lчер – из табл. 3.4).

11. Максимальный радиус разгрузки (м) по (3.10):

(К_Lраз – по табл. 3.4).

12. Вес ковша с породой (Н):

.

13. По исходным и расчетным данным строим схемы расположения ковша и рукояти, нагрузочные и скоростные диаграммы (см. рис. 3.2). 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 (Н) по (3.10) и (3.15):

Р₀₁ = K_F∙E/H_нв∙K_р,

где К_F – коэффициент сопротивления копанию, Н/м, (из табл. 3.5).

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

,

Здесь величины определяются по схеме рис.3.1, а (пример 1); G′_р – доля общей силы тяжести рукояти, создающая момент сопротивления при копании, Н.

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

.

17. Усилие подъема при повороте груженого ковша на разгрузку (Н) по (3.17):

.

Величины и P₀₂, β, γ_р определяются по чертежу экскаватора (см. схему рис. 3.8 б, пример 1), а G_р - сила тяжести ру-кояти, создающая момент сопротивления при повороте на разгрузку, Н.

18. Мощность, затрачиваемая при повороте на разгрузку (кВт) по (3.13) и с учетом диаграммы скорости (рис. 3.2):

.

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

;

Величины и β, γ_р определяются по схеме рис. 3.8, в (пример 1).

20. Мощность, затрачиваемая при повороте с порожним ковшом в забой (кВт) по (3.13) с учетом диаграммы скорости (рис. 3.2):

.

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

.

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

.

22. Усилие в напорном механизме при копании (Н) (см. схему рис. 3.8, а, подъемный канат вертикален: , а рукоять горизонтальна: ) по (3.18) получим:

.

С учетом формулы (3.18), где ,

.

23. Мощность, затрачиваемая на напор при копании (кВт):

.

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

.

Величины и , β, γ_р определяются по схеме экскаватора (см. пример 1) а G_р - сила тяжести рукояти, создающая момент сопротивления при повороте на разгрузку.

25. Мощность, затрачиваемая на напор при повороте на разгрузку (кВт):

.

26. Усилие напора при повороте порожнего ковша в забой (Н) 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. 3.8, в, примере 1).

27. Мощность напорного механизма, затрачиваемую при повороте экскаватора с порожним ковшом в забой (кВт):

28. Средневзвешенная мощность двигателя механизма напора (кВт) по (3.12):

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

ширину платформы (м) ;

радиус задней стенки (м) ;

радиус пяты стрелы (м) ;

длину платформы (м) .

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

масса стрелы с блоками m_ст, т;

масса напорного механизма m_н , т ;

масса платформы с механизмами (по формуле (3.30)) m_пл, т.

31. Момент инерции поворотной платформы относительно оси ее вращения (кг∙м²) по (3.26):

.

32. Момент инерции стрелы с блоками относительно оси вращения платформы (кг∙м²) по (3.28):

J_ст = m_с∙ r²_с.

33. Момент инерции ковша с породой и без породы относительно оси вращения платформы (кг∙м² ) по (3.32):

.

J_К = m_K ∙r²_B. .

34. Момент инерции напорного механизма относительно оси вращения платформы (кг∙м²) по (3.30)

35. Момент инерции рукояти относительно оси вращения платформы (кг∙м²) по (3.31)

.

36. Суммарные моменты инерции вращающихся частей экскаватора при повороте с груженым и порожним ковшом (кг∙м²) по (3.25)

;

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

При n двигателях в механизме поворота мощность каждого равна N_П.СВ /n.