книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия

Боковые стенки ковшей изготавливают наклонными нару­ жу; это улучшает условия разгрузки. Ковши с вертикальны­ ми стенками применяют лишь при разработке малосвязных грунтов. Увеличение ширины ковша улучшает условия раз­ грузки, но утяжеляет массу рабочего органа и всей машины.

Увеличение высоты ковша при работе в крепких грунтах вызывает неспокойный ход его, повышает нагрузку на цепь, сопротивление копанию, износ цепи и расход энергии.

Шаг между ковшами, как и в траншейных цепных экска­ ваторах, устанавливают таким, чтобы не попадал грунт с раз­ гружающего ковша на идущий вслед за ним (см. рис 5.1).

При конструировании рабочего оборудования следует иметь в виду: усилие в ковшовой цепи и реакция резания грунта не ле^ат на одной прямой, вследствие этого возника­ ет момент, стремящийся опрокинуть ковш вокруг концов зубьев и развернуть ковшовое звено в направляющих. С це­ лью увеличения плеча удерживающей пары, возникающей в ковшовой цепи, к звену, следующему за ковшовым звеном, при­ соединяют угольник, в который упирается угольник, прикле­ панный к задней части корпуса ковша.

5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ

НА КОВШ, И МОЩНОСТИ

Общее усилие на ковшовой цепи складывается из уси­ лий копания Рк, сил тяжести грунта Бцг, сопротивления тре­ нию в направляющих, от сил тяжести цепи с ковшами и грун­ та ST4; сопротивления от боковой составляющей копания Ббк, от ускорения цепи при колебании на зубе звездочки и от усилия перегибов цепи на звездочках.

На ковш действует касательная сила P0i сопротивления грунта копанию, которая зависит от толщины стружки s0, ши­ рины Ьк и удельного сопротивления грунта копанию Кь Об­ щее натяжение цепи касательными силами копания

Рк — Бцк — Р()1Пк — БоЬкПкКь	(5.9)
Число ковшей в работе
	(5.100
Сила тяжести грунта в каждом ковше gki	может быть при­

нята из условия, что наполнение ковша пропорционально пройденному пути Ь:

	ghyK H	(5.11)
	L
	Общая сила тяжести грунта в ковшах
	gr p= £ qUYKH. + / LL + 1 j q YKH>	(5.12)

где Lj — длина ковшовой рамы от бровки забоя до оси верх­ него приводного барабана (звездочки) ковшовой цепи.

Усилие в цепи от массы грунта

Эцг= grp • sin о,	(5.13)
где а — угол откоса.	в направляющих от
Сопротивление трению ковшовой цепи
сил тяжести цепи и грунта
ST4= (2g4+grp) |х,	(5.14)

здесь

gn — сила тяжести цепи с ковшами, лежащими на отко­ се, Н;

р — коэффициент трения, который в зависимости от ха­

рактера грунта можно принимать	р = 0,25—0,6.
Сопротивление от боковой составляющей копания
SCK-^ (0,2—0,6) Эцкр.	(5.15)

Сопротивление от ускорения е цепи при колебании на зубе звездочки

	с	Q -Six	&гр	(5.16)
	Эуц
	ускорение
		/ 7ГVn \	1	(5.17)
	* =	2	.

Здесь z — число зубьев звездочки или граней цепного бара­ бана.

Суммарное рабочее напряжение цепи

Зцр= 5цк4~5цгр-(-5тц“|“5бк”(- Зуц.

(5.18)

Усилие от перегибов цепи на звездочках
Sun =	S4ptx '- ^ _		+ 2SUP|X'	,	(5.19)
		^зв	и из
где |х' — коэффициент		трения	в шарнирах	цепи,	равный
р/ = 0,25—0,4		(при наличии смазки		р' = 0,08—0,15);
Ац — диаметр пальца цепи, м;
D3B— диаметр	ведущей звездочки, м;
DH3 — диаметр натяжной звездочки цепи, м.
Мощность привода ковшовой цепи
		(SgP +	Sun) Vp
		1020 -q
Здесь т] — КПД механизма привода; п = 0,85.					(5.14) и
Полученные значения STu и Ббк по формулам
(5.15) необходимо	проверить по формулам			(5.21)	и (5.22),

которые определяют сопротивление в направляющих ковшо­ вой цепи от действия касательной силы резания, приложен­ ной эксцентрично, а сопротивление от сил тяжести цепи с ковшами и грунтом — с учетом наклона ковшовой рамы. При определении мощности принимают те величины, которые бу­ дут большими.

Касательная сила Рк раскладывается на две силы (рис. 5.5): действующую вдоль движения ковшовой цепи WK

Рис. 5.5. Схема сил, действующих на ковш экскаватора по­ перечного копания.

и направленную вдоль движения экскаватора W3. Под дей­ ствием силы WK= Poi cos р ковш поворачивается в вертикаль­

ной	плоскости, и	вследствие		этого	в верхних и		ниж­
них	направляющих	возникает		реактивный момент			с па­
рой	сил hK/t Poi cos р. Под		действием		силы W3 = Poi sin р
ковш	прижимается	к боковым		направляющим,		и создается
момент в горизонтальной плоскости с парой сил						1/t - P0i sin р.
Сопротивление в направляющих ковшовой цепи от дейст­
вия реакции грунта на один ковш [9]:
	Wm = [2hK/tP0iCosp + Poisinp + 21/tP0isinp] \i ь						(5.21)
здесь pi — коэффициент			трения скольжения			цепи о на­
	правляющие		(jbti = 0,2—0,25);
	t — шаг цепи, м;
	hK— высота ковша, м;
	1— расстояние от шарнира ковшового звена до ре­
	жущей кромки ковша или зуба.						мас­
Сопротивление движению цепи в направляющих от
сы цепи, ковшей и грунта в них составит, кН:
	W„2= [gK(nK+ n Ki) + g 4L4+gKY(nK+ nKi)]|XiCOsa,						(5.22)

где nK— число ковшей в забое;

пК1— число ковшей в приемном желобе; gK— сила тяжести ковша, Н;

g4 — погонная сила тяжести цепи, Н; Ьц — длина цепи, м.

Полное сопротивление движению цепи в направляющих WH= WHlnKcos a+W н2-

Мощность, расходуемая на передвижение экскаватора

При передвижении ' экскаватор преодолевает следующие сопротивления:

сопротивление перекатыванию ходовых колес по рельсам или гусеничного хода по грунту и передвижению на подъем

W i=(G 3+Poi cos р пк sin р) (f±i);

(5.23)

составляющую сопротивления копанию, направленную параллельно передвижению экскаватора;

W2 = nKP0i sin р;

(5.24)

трение в ребордах колес, вызванное составляющей со­ противлению копания, параллельной направлению движению копания:

W3?=IIKPOI COS р COS a р2;

(5.25)

Рис. 5.6. Схема для определения давления на реборды колес

трение в ребордах колес, вызванное парой сил, возник­ шей вследствие консольного приложения силы W2 (рис. 5.6):

( т	+ е + а ) 1"2	’
W4 = 2S = W2-^----------	h-----------

Мощность, необходимая на передвижение экскаватора во время работы:

	М _ (W, + W2 + W:, -1- W,,) Уэ		(5.26)
	п	1020 yj
	здесь 2Wi — сопротивление	масс экскаватора с грунтом в
	ковшах, бункере и на транспортере;

г — коэффициент сопротивления передвижного хо­ дового механизма: f=0,10—0,15;

i — уклон пути, выраженный в тысячных;

Рг — коэффициент трения скольжения реборд колес

о рельсы; р2=0,10-т-0,12; в'— расстояние бровки откоса забоя до ближайше­

го к за<5ою рельса;

TJ — общий КПД трансмиссии ходового механиз­ ма от двигателя до движителя.

5.4.СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Встатическом расчете цепных экскаваторов поперечно­ го копания определяют устойчивость машины при различных условиях ее работы (рис. 5.7):

Рис. 5.7. Расчетная схема для определения ус­ тойчивости экскаватора и противовеса

с опущенной на землю ковшовой рамой; при работе с горизонтальной ковшовой рамой;

во время монтажа, когда снята ковшовая рама или раз­ грузочная стрела.

Общее уравнение устойчивости

М„ 1уд = 1,33.

м оп

Составив уравнение моментов сил относительно точки А, по­ лучим максимальную массу противовеса:

gnpmax = 1,33г,	1 I33Q(|FCOIH))	(5.27)
пр		СЧ

а из уравнения моментов сил относительно точки В найдем минимальную массу противовеса:

gnpmin = ■		V f [ 1,33 (gp -f gu + gK+rp) rpi +
	+	q0Fc0lH] - Gt <1 — r,)				(5.28)
где gp; g4; gK+rp— масса ковшовой рамы, цепи						и ковшей с
		грунтом, кН;
	Gi — масса всей		конструкции		.неповоротного
		экскаватора	без	ковшовой		рамы, ков­
		шей, цепи и противовеса, кН;
	F — площадь сечения конструкции;
	qo— нормативный скоростной				напор; для ра­
		бочего положения q0 = 250—400 Н/м2, для
		нерабочего	и транспортного			q0= 10,0—
		20,0 МПа;
	с01 — аэродинамический			коэффициент; прини­
		мается = 0,3 -г-0,6;
	1— ширина колеи.
На экскаваторах большой мощности получить удовлетво­
рительную	уравновешенность		постоянным		противовесом

трудно. Поэтому прибегают к установке подвижного проти­ вовеса, перемещающегося по рельсам на задней стенке кузо­ ва. Составив уравнение моментов сил относительно точки В для горизонтального положения ковшовой рамы, найдем мас­ су противовеса:

gnp=	------ {1,33 [ (gp + gi;+ gK+rp) Гр2+ qoCoiFH] —
	^npi
_ G i(l_ П ) _ Gr (li—rT>,		(5.29)

здесь GT— масса тележки и опорной рамы; гт — плечо.

Второе положение противовеса определяют при опущен­ ной ковшовой раме из уравнения моментов сил относительно точки В:

gnp= —--- {1,33 [ (gP+g4+ gh+rp) Гр2 + qoCoiFH] —

ГПр2

—G, (1—n ) —GT(li—rT)},

(5.30)

где 1— ширина колеи, м;

rnpi — плечо приложения противовеса при горизонтальном положении ковшовой рамы;

гПр2 — то же, при опущенной ковшовой раме.

5.5. НАГРУЗКИ НА НИЖНЮЮ РАМУ ИХОДОВУЮ ЧАСТЬ

Строительные	многоковшовые экскаваторы поперечно­
го копания чаще	всего	изготавливают на рельсовом	ходу,
карьерные экскаваторы		— на гусеничном и рельсовом	ходу.

Гусеничный ход может быть двухгусеничным или многогусе­ ничным. Количество гусеничных лент определяется давлени­ ем, передаваемым на грунт. Удельное давление допускается не свыше 0,12 МПа. Основное требование, предъявляемое к гусеничному ходу,— способность передвижения и работы ма­ шин на грунтах заданной несущей способности и безопас­ ность работы вблизи от откоса выемок (следует иметь в виду возможность образования оползней и сползания машины).

При гусеничном ходовом оборудовании давление от несу­ щей конструкции — нижней рамы гусеничной тележки мо­ жет передаваться по схеме трехопорной или четырехопорной передачи (см. рис. 5, 8, а, б). Тележки с трехточечной опорой позволяют более равномерно распределить давление между гусеницами, особенно на неровной поверхности почвы, но они сложнее и дороже гусеничных тележек с четырьмя опорами.

О п р е д е л е н и е д а в л е н и я на о п о р ы д л я т р е х ­ о п о р н о й к о н с т р у к ц и и т е л е ж е к . Для определения давления на опоры предварительно находят положение рав­ нодействующей R от действия всех вертикальных сил на ра­ ме экскаватора. Геометрическое место точек равнодействую­ щей R описывают радиусом г из центра О, находящегося на расстоянии е от стороны ВС опорного треугольника АВС. Для любого положения равнодействующей R онаЯопределяется углом ф* поворота радиуса-вектора OR относительно пер-

пендикуляра 1а. Величина давления на противолежащую опо­ ру выразится формулой (рис. 5.8).

	D	D	r c Os фа .		(5.31)
	RA ~ R		ъ	’

аналогично для опор В и С.

Г COS фв

RB = R

Rc = R lc- [ C0S<Pc	(5.32)
hc

Рис.	5.8. Расчетная	схема определения давления на опоры:
а —	трехопорная,	б — четырехточечная система опирания

Давление	максимально при фа= ф б=ф с = я;			cos	180°= —1:
		RA max	) а + Г
			= R
тогда	max	= R	Rc max R	jc +	r	(5.33)
		ha

Периметр трехточечной опорной рамы представляет рав­ нобедренный или равносторонний треугольник, который поз­ воляет легко определить наиболее невыгодное положение, транспортера.

О п р е д е л е н и е д а в л е н и я на о п о р ы ч е т ы р е х ­ о п о р н о й к о н с т р у к ц и и х о д о в о й т е л е ж к и . Четы­ рехопорная ходовая тележка чаще всего бывает жестко связа­ на с нижней опорной рамой, и определение давления на опо­ ры вызывает большую трудность, так как неизвестны упругие свойства конструкции, податливость точек опоры и давление под каждой гусеницей. Установить степень влияния каждого фактора с достаточной точностью практически пока невоз­ можно.

При определении давления допускают, что все опоры ле­ жат в одной плоскости и являются абсолютно жесткими. Во время расчета могут встретиться два конструктивных реше­ ния тележки (см. рис. 5, 8, а, б):

система ходовой тележки вполне жесткая и передает на опоры момент, воспринимаемый от верхней части конст­ рукции;

система тележки нежесткая с шарнирами в узлах.

При данном нагружении максимальное давление воспри­ нимается опорой А. Полная нагрузка состоит из веса ходо­ вой тележки Gm, веса вращающейся части Gn, приложенного на расстоянии г от оси вращения точки О, находящейся на расстоянии к от центра тяжести тележки. Нагрузка в точке В складывается:

из момента от внецентренного сжатия
M = Gny(k + rcos а)2+ (г sin а)2,	(5.34)

который раскладывается по осям х и у:

МХ= М sin а; МУ= М cos а, откуда получим нагрузку в точке В;

от нагрузки центрального сжатия, действующей .от массы тележки, приложенной в центре тяжести ее: Rc = Gm/4. Нагрузка Rx в точке В от внецентреннего момента

D	Мх	G nSin а V ( к -f	г COS а)2 +	(г sin а)2
Кх =	2Г	----------------------	21---------------------
нагрузка Ry в точке В
D _	Му _	Gncos<*l^(k +	гcos а)2 +	(г sin а)*
у “	2Ь		2Ь

,

(5>35)

(5.36)