книги / Новые конструкции траншейных экскаваторов

трудно. При выполнении практических расчетов силу сопротив­ ления грунта копанию Р определяют по выражению

Р = ktBt,

где k \ — удельное сопротивление копанию, включающее со­ противление грунта резанию, трению ковша о грунт и др., в к г /м 2;

B u t — соответственно ширина и толщина срезаемой ков­ шом стружки в м.

Пользуясь приведенным выражением для Р, нетрудно полу­ чить формулу, но которой определяется мощность NK, затра­ чиваемая на копание грунта. Умножая левую и правую части этого выражения на путь 5 м, проходимый рабочим органом, и деля затем каждую из них на время т сек, в течение которого был пройден путь S, получим

	N,с= ki X		кгм/сек .
Здесь множитель	X	в правой части представляет собой
		одну	секунду и имеет размерность
объем вынутого грунта за

м ъ/с е к .

Так как производительность Пт обычно задается в м ъ/ч , то мощность, затраченная на копание для всех типов многоковшо­ вых экскаваторов, выраженая в л. с., определится по формуле

	iV	= kt ------—	= kx---- — л. с.
		3600-75	1 270000
Рекомендуемые		значения удельного		сопротивления- k\		для
практических расчетов приведены ниже.
Категория	I	II	III	IV	Мерзлые грунты
грунта					всех категорий
kx в кг/м2	10 000	20 000	30 000	40 000 200 000 — 2 000 000
б)		Мощность, расходуемая на подъем грунта
Наибольшая высота, на которую поднимаются нижние ча­
стицы грунта,	определяется суммой Я + Я 0, а				наименьшая	вы­
сота для верхних частиц забоя — Я0, где				И — глубина траншеи,

а Но — высота подъема грунта от поверхности земли до уровня разгрузки. Следовательно, средняя высота подъема грунта

Я.+ Й + И .,	я,	„■
2	2	0

Величина затраченной работы на подъем грунта

А = Пту (JL + Я,)	кгм
	ч

101

Мощность			в л. с	расходуемая на			подъем грунта:
	Мпод =		Пту			-HiL— (JL + я 0 Л ш С,)
			3600-75			270 000		\ 2		0
где у — объемный вес грунта в плотном теле в к г /м 3.											а
В расчете принято для					грунта I категории у—1700 к г /м 3,
для грунта II категории у =1800 к г/м 3.										к о в ш е й , 1может
в)		М ощ ност ь,		зат р а ч и ва ем а я н а				очист ку
быть приближенно определена по формуле
				PvKU		= 3,30Уд;ч
			N ОЧ ~ ^0		75			Л. С.у
где I	Р =qL= 150 к г			— усилие, необходимое для очистки ковша;
	k0 =	1,65 — коэффициент, учитывающий							вязкость грунта		в
		ковше;				необходимое			для	очистки 1	см
	q = 2,5		кг/см — усилие,
		длины периметра ковша;					привода;
	£=0,775 — к. п. д. трансмиссии
Общая мощность на валу двигателя, необходимая для при­
вода ковшовой цепи NKli, определится по формуле
NKU=	Nк~^ ^ под+ ^ пи			л. с.,	ковшовой цепи от двигателя;
		Ъ'Пщ
где i r|e =		3	2 ==0,775* — к.			п. д.	трансмиссии привода;
Цкц = 60 — к. п-				Д- свободно провисающей ковшовой цепи;
	г]ч = 0,98 — к. л. д. цилиндрической пары колес;

цк — к. п. д. конической пары колес; т\цп — к. п. д. цепной передачи.

Значения NK, N ^ , N04 и Nm приведены в табл. 7.

Таблица 7

Категория грунта

Данные по расчету мощности на привод ковшовой цепи____________

vKU = 0 ,7 0

м/сек

теля,необходимая для при­ водаковшовой цепи, D

икц =

18 м/сек

•г?

>—

£

О

О

Мощностьна валу двига­

-лс.N KUt

С

Й?

Мощностьна валу двига­ теля,необходимая для при­ ковшовойвода цепи, Н щ с.л.в

п

а»

•

Ч

•■и

*;

0

0

0

0

<4

0

0

к

'<

0

О

0

О

0

Ы

о

а»

а*

а

О

С

I	10 000	1700	55,5	2,06	0,80	2,34	11,25	93,5	3,46	1,36	3,94	18,9
п	20 000	1800	48,2	3,57	0,74	2,34	14,30	81,2	6,02	1,24	3,94	24 ,0

102

2. Мощность, расходуемая на рабочее передвижение экскаватора

При копании на горизонтальном участке экскаватор преодо­ левает сопротивление передвижению, а также горизонтальную составляющую реакции грунта на рабочий орган. На рис. 77 показаны касательная R и нормальная N составляющие реак­ ции грунта.

’6»

Рис. 77. Силы, действующие «а экскаватор в рабочем 'и транспортном положениях .

Проектируя эти силы на ось х—х, параллельную полотну дороги, и на перпендикулярную к ней ось у—//, получим соот­ ветственно горизонтальную х и вертикальную у составляющие реакции грунта на рабочий орган:

х = R cos а + N sin а;

у — R sin а — N cos а,

где а — угол наклона ковшовой рамы к горизонту.

По приближенной методике расчета, принятой во

ВНИИЗЕММАШе, N ^0 ,3 R. Кроме того, так как R= 75	а
1'кц

103

-, то составляющие х и у определятся по форму­

лам:

х — кхПт (cos а + 0,3 sin а);

3600'иКц '

у ~ —ЫЬ:—(sin а — 0,3 cos а), ЗбОО^ц

где Пт — техническая производительность экскаватора в м3/ч; V/сц— скорость ковшовой цепи в м/сек.

Сопротивление передвижению экскаватора при копании

Wx (G4* у) f + х,

где G =7478 кг — общий вес экскаватора;

f = 0,15 — коэффициент сопротивления движению. При vMmax^SO м/ч, Ят т=0,'65 м и соответственно угол на­

клона ковшовой рамы а^30°.

Рассматривая случай передвижения машины при копании

грунта II категории (Л?! =20 000 кг/м2), усилия х	и у (одинако­
вые на обеих скоростях ковшовой цепи) будут:	х —390 кг, у=

=96 кг, Wi —1525 кг.

Учитывая, кроме того, сопротивление движению от ящика для укладки труб 1^2=275 кг, полное сопротивление передви­ жению экскаватора W= Wi-\- W2= 1800 кг.

Мощность на валу двигателя, необходимая для передвиже­

ния экскаватора при работе:
			W VM т а х =		3,25 л. с
			270 -103тг]
где	vMшах = 250 м/ч — максимальная скорость передвижения
		экскаватора при работе;«
	Т] =	цЦцпЦгус ^\нас		р	0,513 ~	Суммарный
	где	к. п. д. гусеничного хода и трансмиссии,
		T Jгус =	0,90 — к. п. д. гусеницы;
		*Пнас — 0,88 — к. п. д. насоса;
		Ъидр =	0,94 — к. п. д. гидромотора;
		т\тр	0,90 — ориентировочное			значе­
				ние	к. п. д., учитывающе­
				го потери на трение в си­
				стеме трубопровода, со­
				единяющего насос		с гид­
				ромотором.

3. Мощность, затрачиваемая на привод гидронасосов, подающих жидкость к гидроцилиндрам, и генератора, Na=3,0 л. с.

104

4. Мощность, которая может быть использована транспортером

На экскаваторе устанавливается ленточный, криволинейный транспортер. Работа транспортеров этого типа еще недостаточ­ но исследована, поэтому дать обоснованный расчет потребляе­ мой транспортером мощности не представляется возможным. Однако, пользуясь данными выполненных конструкций, можно считать, что мощность на валу двигателя, потребляемая транс­ портером, находится в пределах 10—12 л. с.

При общей мощности установленного на экскаваторе двига­ теля Д-50 Л/= 50 л. с. суммарная мощность на привод ковшовой цепи, на передвижение машины, а также на привод гидронасо­ сов A^4 + Nnep+ jV2=24+3,25+3,0=30,25 л. с. ■

Таким образом, мощность, которая может быть использована транспортером, Л;,ир=50—30,25=19,75 л. с.

5. Тяговый расчет при транспортном передвижении машины

а) Движение на подъеме

При транспортном передвижении машины на подъеме с по­ стоянной скоростью тяговое усилие F, подводимое от двигателя к ведущим колесам гусениц, преодолевает силу сопротивления

качению	гусениц	Rc, силу сопротивления подъему	машины
О sin а,	а также	силу сопротивления воздуха Я0 . На	малых и

средних скоростях движения маЩины сила сопротивления воз­ духа мала и становится ощутимой лишь на скоростях порядка 50 км/ч. В связи с тем, что наибольшая скорость движения ма­

шины ЭТЦ-201 составляет лишь 4,77 км/ч,	сила<’ а в тяговом
расчете не учитывается.	^?с= / <7 cos а,	где
Сила сопротивления качению гусениц
f — коэффициент сопротивления качению;	G— общий вес	ма­

шины; а — угол подъема пути.

Так как тяговое усилие двигателя определяется по формуле

р _ 270Nli

VM

то уравнение движений машины принимает вид

270^ - = G(f cos а ± sin а) = (]/0,

VM

где N — эффективная мощность двигателя в л. с.; vM— скорость движения машины в км/ч;

^ = т^т^ — суммарный к. п. д. привода передвижения; г\т — к. п. д. трансмиссии; Г)г — к. п. д. гусеницы;

/о ~ / cos oc±sin а — суммарный коэффициент сопротивле­ ния движению, т. е. сопротивления качению и подъему.

105

При движении машины под уклон сила G sin а является движущей, поэтому в уравнении она принята со знаком ± . При заданной мощности двигателя N и известном сопротивлении f0G возможная скорость передвижения машины может быть определена по формуле

270Nt] км/ч.

foO

При заданных N и vM из уравнения движения можно опре­ делить также преодолеваемый по силе тяги двигателя угол

	подъема а. Имеем /0= 270^	= / cos а +sin а или, так как
	vMG	1
	cos a =
		K i-H g2* ’
	то
	— = / o / l	+ tg2a	= / + tga;
	/оО H-tg2a) = / 2 + 2		/t g a + t g 2a
	или

(/о — l)tg2a — 2 /tg a + /о — /2= 0.

Принимаем обозначения: A = f l —1, B —2 f, C=fo —f2. Следовательно, имеем квадратное уравнение вида

^tg2 a — Big a	С = 0, откуда
a = arctg В ± Vв* — 4АС
		2А
Так как сила тяги двигателя	с	должна	быть уравновешена
силой тяги сцепления гусениц		грунтом ,Fc4—kG cos а,		то
необходимый коэффициент сцепления (<р)			определяется из	вы­
ражения
G(/cos a - f sin а) < q>G cos а,		откуда	< p > /+ tg a .

Пользуясь формулой для угла а, определим, например, воз­ можный угол подъема машины по силе тяги двигателя, при движении экскаватора на четвертой передаче, со скоростью vM=4,77 км/ч. Исходя из условия движения по хорошей шос­ сейной дороге, можно принять /=0,06.

Имеем: N=50 л. с., G= 7478 /сг, :

TJ = ЛГЛг = Л®W in Г\гус = 0,662;

270-50-0,662

0,252;

4,77-7478

Л = /о — 1 = — 0,9365; 5 = 2/= 0,12;

С = /о —/2 = 0,0599.

106

Подставляя численные значения, получим а = arctg 0,197 = 11°09'.

Необходимый коэффициент сцепления Ф- / + tg а = 0,257.

При тяжелых дорожных условиях (/=0,15) и движении на второй передаче со скоростью v м=2,02 км/ч получим:

	/„ = 0 ,2 5 2 ^ = 0,595;			А = /20 — 1 = — 0,646;
	2у02
	В = 2/ = 0,30;		С = /о —/2 = 0,3315;
	а = arctg 0,520 =	27°29';		ф = / +	tg а = 0,67.
Так как коэффициент сцепления ф=0,67 не может быть обес­
печен	и максимальное его значение в данном случае (при /=
= 0,15)	составляет лишь	0,3, то преодолеваемый угол подъема
по условию сцепления с грунтом будет
	а = arctg 0,15 = 8°31'.
	б) Движение	по 'горизонтальному пути
Мощность на валу двигателя, необходимая для передвиже­
ния экскаватора по горизонтальному пути:
	N — Л!?*-. ~ 41,8/а,,		(G = 7478 кг,		л = 0,662).
	270т)	м

Значения N л. с., необходимые при движении машины в раз­ личных условиях на каждой передаче, приведены в табл. 8.

Таблица 8

		Движение вперед				Задний ход
Коэффи­			Скорость передвижения v 4 в км/ч
циент со­
противле­
ния дви­	1,20	2,02	2,81	4.77	1.07	1,80	2,53	4,27
жения
			Мощность на валу двигателя Лг в л. с.
0,0 3	1,50	2,53	3,52	5,98	1,34	2,26	3,17	5,35
0,06	3,00	5,06	7,04	11,96	2,68	4,52	6,34	10,7
0,10	5,03	8,45	11,75	19,90	4,48	7,53	10,6	17,85
0,12	6,00	10,12	14,08	23,92	5,36	9,04	12,68	21,4
0,15	-7,54	12,70	17,62	29,9	6,72	11,35	15,90	26,7

107

Г. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Статический расчет экскаватора включает в себя проверку устойчивости машины в рабочем и транспортном положениях, а также определение удельного давления гусеницы на грунт.

1. Расчет устойчивости экскаватора

Расчет устойчивости экскаватора сводится к определению отношения суммы моментов, весов и сил, удерживающих экска­ ватор от опрокидывания Муд, к суммарному моменту весов и

сил, опрокидывающих машину Мопр, Это отношение, называемое, коэффициентом устойчивости kv, должно находиться в пределах

_ Муд = ! 25 - г - 1,30.

* ~ Мопр

На рис. 77 показаны нагрузки от веса каждого узла экс­ каватора, а также их расстояния Д о точки А, находящейся на возможной оси опрокидывания машины. Касательная и нор­ мальная составляющие силы, копания при отрывке траншеи

R =	= 3S2 кг И N — 0 ,3 # = 115 кг,
	1'кц

тде N K =6,02 л. с. — мощность при копании грунта второй ка­ тегории со скоростью ковшовой цепи ужч=1,18 м/сек.

Вследствие малых габаритных размеров экскаватора ветро­ вой нагрузкой можно пренебречь. Центр тяжести экскаватора условно принимается расположенным на продольной оси маши­ ны. Такое допущение можно принять, учитывая малый вес вы­ двинутого в сторону транспортера.

Расчет устойчивости на рабочем режиме выполнен при мак­ симальном угле наклона ковшовой рамы к горизонту а=56°.

Даные по расчету на устойчивость приведены в табл. 9. Запас устойчивости экскаватора в транспортном и рабочем

положениях

Муд

Мопр

10 855	10 952	9,08.
2567	= 4,23 и при копании Ку ~ ~ШГ

2. Определение удельного давления гусеницы на грунт

а) Удельное давление в транспортном положении

Положение центра тяжести относительно точки пересечения оси у—у с полотном дороги (см. рис. 77) будет

1,72Gx- f	0,61G2a 4- 2,320,6 4- 2,59G3 +	1,42G4 4- 0,63G6 +
+ 0,76Ge +	—2,20G7 — 1,90G8e 4- 0,68 GBg	1,84Ge + 0,92G1Q+

4- 1,640ц + 2,850,2 — 2,80G13 4- 1,97G14

X =

2G

= 0,47 M,

108

ТаблицаЭ

				Расстояние	Момент
				до возмож­	относи­
Узлы	Наименование узла или силы	Обозиа-	Вес или	ной оси	тельно оси
		чение	сила D кг	опроки­	опроки­
				дывания	дывания
				/ в м	М = GI
					в кгм

Удерживающие экскаватор от опрокидывания

Рама экскаватора

Гусеничная тележка

Привод гусеницы

Установка двигателя

Коробка скоростей

Пилон

Транспортер

Цепная передача от редуктора на предохранительную муфту, направляющую ролики

Система управления

Гидросистема

|

Кабина

Капот

Электрооборудование

Нормальная составляющая си­ лы копания

Gi	540	2,36	1275
G%а	1966	1,25	2450
Gtf	284	2,96	. 840
			1
Gz	500	• 3,23	1610
Gi	980	2,06	2020
Gb	310	1,27	394
Gs	355	1,40	498
GB6	124	1,32	164

Gs	65	2,48	161
GI0	200	1,56	312
Gu	300	2,28	684
Gl2	79	3,49	275
Gu	64	2,69	172
N	115	0,843	97

Сумма моментов сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания: при работе Муд = 10 952 кгм;

в транспортном положении Муэ — 10 855 кг.

109