3.1.4. Определение средневзвешенной мощности приводов

главных механизмов карьерных лопат по нагрузочным

диаграммам

Механизм подъема. Построение нагрузочных и скоростных диаграмм для предварительного определения средневзвешенной мощности двигателей механизмов подъема, напора и поворота производится исходя из следующих соображений.

Время, затрачиваемое на операции поворота с груженым ковшом, на разгрузку и возвращение порожнего ковша к забою, составляет для мехлопат 60—70 % полного времени рабочего цик­ла . Поэтому для предварительных расчетов время цикла мехлопаты можно разбить на три равных периода: копание , поворот на разгрузку и поворот к забою (рис. 3.2). При копании (период ) в режиме без перегрузок расчетное усилие для механизма подъема принимается по формуле (3.14) при и . Двигатель механизма подъема в этом случае работает на рабочей части своей механической характеристики и за расчетную принимается номинальная скорость подъема (табл.3.6).

Мощность двигателя подъема за период копания (положение II рукояти, см. рис. 3.1) определяется по формуле (3.13) при значениях , , и , где — КПД механизма

подъема.

Таблица 3.6

Номинальные значения скоростей движения главных механизмов

одноковшовых экскаваторов

Тип экскаватора	Скорость подъема, м/с	Скорость напора, м/с	Скорость тяги, м/с	Скорость хода, м/с	Частота вращения платформы nз, мин^-1
Карьерный	0,7 – 1,2	0,4 – 0,75	–	1,5 – 1,7	2,5 – 3,5
Вскрышной	1,0 – 1,75	0,4 – 0,8	–	0,9 – 0,2	2 – 3
Драглайн	2,0 – 3,5	–	0.7 – 3,5	0,5 – 0,6	1 – 2

Рис. 3.2. Диаграммы нагрузки (сплош­ная линия) и скорости (пунктирная линия) механизма напора за цикл

При повороте платформы с груженым ковшом (период ) двигатель механизма подъема, как правило, работает в тормоз­ных режимах противовключения или динамическом. При этом ковш может быть поднят на максимальную высоту, а частота вращения двигателя соответ­ствовать «ползучим» скоростям. Поэтому среднюю скорость меха­низма подъема за время поворота груженого ковша на разгрузку можно принять равной (0,1…0,3)v_П.

Усилия, возникающие в механизме подъема за время поворота груженого ковша, можно определить из положения IV рукояти (см. рис. 3.1) или по формуле (3.14). Тогда мощность двигателя подъема за период поворота груженого ковша на разгрузку определяется из выражения (3.13) при значениях ; ; и . Знаки плюс и минус показывают, что двигатель может рабо­тать как в двигательном, так и в генераторном режиме.

При повороте порожнего ковша к забою (период ) схемой управления приводом механизма подъема обычно предусматривается режим ослабления поля возбуждения двигателя, чем достигается уве­личение номинальной частоты вращения двигателя на 10—20 % при спуске порожнего ковша. За расчетное усилие при спуске порожнего ковша следует принимать максимальное усилие, которое соответст­вует положению ковша при выдвинутой на половину длины рукояти. Величина определяется по формуле (3.14) для положения II руко­яти (см. рис. 3.1) при условии, что ковш порожний.

В этом случае мощность двигателя механизма подъема определяется по формуле (3.13) при значениях ; ; и .

Таким образом, средневзвешенная мощность двигателя ме­ханизма подъема по предварительно построенным нагрузочной и скоростной диаграммам будет

. (3.20)

Механизм напора. По аналогии с механизмом подъема для механизма напора при определении мощности двигателя за период копания следует принимать усилие, соответствующее положению рукояти при и .

В соответствии с формулой (3.18):

.

При этом скорость перемещения рукояти принимается рав­ной номинальной скорости механизма напора .

Скорость напора должна быть достаточной, чтобы за время копания произошло выдвижение рукояти на весь ход L. Поэтому выбранная скорость не должна быть меньше . Скорость возвратного хода рукояти берется в 1,7—2 раза больше скорости на­пора. Следовательно, мощность двигателя напора за период копания определится по формуле (3.13) при значениях , и .

При повороте платформы с груженым ковшом на разгрузку (период ) двигатель механизма напора в основном будет работать в тормозном режиме, преодолевая сопротивления, создаваемые со­ставляющими весов груженого ковша и рукояти, а также в некото­рых случаях и составляющей усилия в механизме подъема (см. рис. 3.1, положение IV). Усилие в механизме напора при повороте на разгрузку определяется выражением (3.21) при для положе­ния IV рукояти. Подобно тому как это происходит для механизма подъема, перемещение рукояти в данном режиме также происходит при пониженных скоростях и может изменяться от до . Среднее значение скорости перемещения рукояти за период можно принять равным . Тогда мощность двигателя механизма напора за этот период определится из формулы (3.13) при значениях ; , , , где – КПД механизма напора.

При повороте платформы с порожним ковшом к забою (период ) одной из вероятных нагрузок для двигателя механизма напора может быть нагрузка , создаваемая составляющими ве­сов ковша и рукояти:

. (3.21)

Мощность двигателя механизма напора за период определяется из формулы (2.16) при значениях и . То­гда средневзвешенная мощность двигателя механизма напора за цикл работы

. (3.22)

Механизм поворота. Мощность электродвигателей механиз­ма поворота одноковшовых экскаваторов зависит от ряда факто­ров, главными из которых являются допустимые угловые ускоре­ния и частота вращения платформы, угол поворота платформы и момент инерции вращающихся частей экскаватора. При поворотах платформы в пределах 90° время разгона и торможения может со­ставлять 90—95 % времени поворота и тогда лишь 5—10 % време­ни двигатели работают с установившейся скоростью. При углах, меньших 90°, установившееся движение может вообще отсутство­вать. Поэтому большое влияние на величину мощности двигателей оказывает допустимое угловое ускорение платформы, по которому производятся расчеты конструкций на прочность и раскачивание рабочего органа экскаватора (например, на карьерных экскавато­рах и драглайнах угловое ускорение ограничивается величиной 0,15 – 2 ).

Расчетная частота вращения платформы также устанавлива­ется по допустимой величине углового ускорения.

Средневзвешенная мощность (кВт) двигателя поворот­ного механизма определяется выражением

, (3.23)

где и — моменты инерции поворотной платформы соответ-

ственно с груженым и порожним ковшом;

— заданная угловая скорость (частота вращения ) поворотной

платформы (см. табл. 3.5);

— КПД передачи поворотного механизма;

, — время поворота платформы соответственно на разгрузку и с

порожним ковшом к забою.

С учетом того, что время приблизительно равно времени , при и средневзвешенная мощность двигателя (двигателей) поворота карьерных мехлопат и драглайнов может быть определена из выражения

. (3.24)

Суммарный момент инерции одноковшового экскаватора относительно оси его вращения определится, как

, (3.25)

где , , , , , — моменты инерции соответственно поворотной платформы, стрелы, ковша с породой (или порожнего ковша ), механизма напора и рукояти относительно оси враще­ния платформы.

Момент инерции поворотной платформы со сторонами, равными длине , ширине и высоте кузова платформы, от­носительно вертикальной оси вращения экскаватора

, (3.26)

где — момент инерции поворотной платформы относительно вертикальной оси, проходящей через центр массы параллелепипе­да, ; — масса платформы, кг;

, (3.27)

где – коэффициент (0,48—0,51 для карьерных мехлопат, 0,43—0,45

для вскрышных лопат и 0,7—0,8 для драглайнов);

– масса экс­каватора, определяемая по формуле (1.9), кг;

– расстояние ме­жду осью вращения экскаватора и осью,

проходящей через центр массы платформы (как

параллелепипеда):

,

– радиус пяты стрелы, определяемый по формуле (3.10), м.

Момент инерции стрелы относительно оси вращения экскава­тора с достаточной точностью может быть определен по формуле

, (3.28)

где – масса стрелы, определяемая по формуле (3.8), кг;

– расстояние от оси вращения платформы до середины стрелы, м.

Момент инерции ковша с породой

, (3.29)

где – масса ковша с породой, кг (определяется суммиро­ванием

выражения (2.3) или (3.4) с выражением (3.5));

– макси­мальный радиус разгрузки, определяемый из выражения

(3.10), м.

Момент инерции напорного механизма

, (3.30)

где – масса напорного механизма, определяемая по формуле (1.8),

кг;

– расстояние от оси вращения экскаватора до центра тяжести

механизма напора, м.

Момент инерции рукояти

, (3.31)

где – масса рукояти, определяемая по формуле (3.8), кг;

– расстояние от центра тяжести рукояти до оси вращения

экскаватора, м.