 |
|
|||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Меню |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2. Загрузка приводов основных механизмов ЭШ-11.70 Электроприводы главных механизмов одноковшовых экскаваторов работают в повторно - кратковременном режиме с большой частотой включений и торможений, т.е. с резко переменной скоростью. Поэтому целесообразно определить средневзвешенную мощность из выражения Где - мощности, потребляемые двигателем за отдельные промежутки времени ti в течение цикла; - продолжительность работы механизма за один цикл ; n - число операций в цикле, для одноковшового экскаватора n = 3. Для определения средневзвешенной мощности двигателя необходимо предварительно построить нагрузочные диаграммы механизмов, отражающие зависимости усилий в функции времени P=f(t), и скоростные диаграммы, отражающие зависимость скорости перемещения рабочего органа за эти же отрезки времени V=f(t). Время, затрачиваемое на операции поворота платформы экскаватора типа прямой механической лопаты с груженым ковшом на разгрузку и возвращение пораженного ковша в забой, составляет 60-70% полного времени цикла работы экскаватора. Поэтому в инженерных расчетах время цикла разбивают на три разных периода: копание tk = 1\3 T4; поворот платформы на разгрузку ковша tp = 1\3 T4; поворот платформы с пирожниковым ковшом в забой t3 = 1\3 T4. 2.1 Мощность тяговой и подъемной лебедок драглайна 1. Масса экскаватора: mэ= Кэ•Е = 50•11 = 550 т. где Е - объем ковша, м3; Кэ - выбираем из рекомендуемого диапазона 38-55 т/м3 2. Линейные размеры ковша: Ширина Bk=1,15•3vЕ=1,2•3v11=1,15•2,2=2,53 м; Длина Lk=1,2• Bk=1,2•2,53 =3,03 м; Высота Hk=0,65• Bk=0,65•2,53 =1,64 м; 3. Масса и вес ковша: mк = K1(K2+E)E2\3 = 0,046• (40,6+11)112\3= 11,8 т Gк =9,81 • mков •103=9,81•11,8 •103=11,5•104 Н; где К1и K2 - коэффициент пропорциональности (0,143 и 9,6 для легких; 0,092 и 20 для средних; 0,046 и 40,6 для тяжелых) табл.1 [2] 4. Масса и вес породы в ковше: mпор = E • г/Kp=11 • 2,5/1,2=22,9 т; Gг=9,81• mпор •103=9,81•22.9 •103=22.4•104 H; где г - плотность породы в целике, т/м3 (г =1,8ч2,5) табл. П6 [2] 5. Высота напорного вала: Нн= КLн•3vmэ=2,5•8.1=20,2 м; где КLн - коэффициент пропорциональности стрелы (КLн=2,5) табл. П8 [2] 6. Сила тяжести груженного ковша: Gk+г = Gк + Gг ,= 11,5•104+ 22,4•104=33,9•104 Н где Gk - собственная сила тяжести ковша; Gг - сила тяжести грунта в ковше. Усилие в тяговом канате можно определить, проектирую все силы, действующие на ковш, на ось, параллельную линии относа уступа (рис.2.1). Рис. 2.1. Схема к расчету усилий на ковше драглайна Sг=Pк+Gк+г*sinб+Pтр=Pк+Gк+г*sinб+fGк+г*cosб = 25•104+33,9•104•0,25+ +0,4•33,9•104•0,96=46,4•104Н Принимаем sin150=0,25; cos150=0,96. Усилие копания определяется из формулы Н.Г. Домбровского: Pк = K1*F = K1*h*b = 2,5•102•1= 2,5•102 кН где К1 - удельное сопротивление (см.табл.I) копанию, кН/м2, h - толщина снимаемой стружки, м; b - ширина стружки, м; f - коэффициент трения ковша о породу (принимается равным 0,4). Наполнение ковша происходит на пути наполнения: Lн = ц*Lk=3,5•3,03 =10,6 м где ц - коэффициент пути наполнения (табл. 3); Lk - длина ковша. Объем разрыхленной породы в процессе наполнения ковша: Vпор.рых. = Lн*h*b*Кр = ц*Lk*h*b*Кр=10,6•2•0,5•1,2=12,72 м3 где Кр - коэффициент разрыхления (табл.1). Vпор.рых. = Е+ Vпр.вол.=11+3,3=14,3 где Vпр.вол. - объем призмы волочения, м3. Vпр.вол. = С*Е=0,3•11=3,3 м3 где С - коэффициент волочения (табл. 3); Тогда, Е+Е*С = Lк*ц*h*b*Кр Откуда, =11•(1+0,3)/3,03•3,5•0,5•1,2=14,3/6,3=2,26 = 25•104•11•(1+0,3)/3,5•3,03•1,2=357,5/12,7 = 28,1•104 Значения коэффициента пути наполнения ц и коэффициента волочения С приведены в табл.3 Таблица 3.
Рис. 2.2. Схема работы драглайна. Усилие в тяговом канате: Sт(к)=(K1•E•(1+C)/ц•Lk•Kp)+Gк+г•sinб+f•Gк+г•cosб= =25•104•11•(1+0,3)/3,5•3,03•1,2+33,9•104•sin450+0,4•33,9•104•cos450= =31,1•104+15,35•104+9,8•104=61,1•104 Н принимаем sin450=0,7 ;cos450=0,7 Предельный угол откоса б принимается равным для: легких грунтов - 45-500; средних - 45-400; тяжелых - 30-350. Максимальное расчетное значение силы тяги при многомоторном приводе постоянного тока: Sт max=Sт(к)/(0,7-0,8)= 61,1•104/0,7=87,2•104 Н Запас прочности тягового канала для экскаваторов малой и средней мощности принимается равным 3,75-4,0; для экскаваторов большой мощности - 4,25-4,75. Соотношение диаметров тягового барабана Дб.т. и диаметра каната бк.т. следующее: для экскаваторов малой и средней мощности. для экскаваторов большой мощности. Усилия в подъемном канате для экскаваторов с многомоторным приводом постоянного тока. при отрыве груженого ковша от забоя: =1,5•33,9•104=50,85•104 Н при подъеме груженого ковша: Sп= Gк+г+ Gкан=33,9•104+421,8•104=455,7•104 Н где Gкан - сила тяжести каната длиною от ковша, расположенного на забое, до головных блоков стрелы (Gкан= 421,8Ч104Н, диаметр 41мм) [3]. По аналогии с тяговым механизмом определятся запаса прочности подъема каната: k = Sк.разр/Sп.max = 1000/6510 = 0,15 кН. где Sк.разр - суммарное разрывное усилие проволок подъемного каната, (Sк.разр= 1000 кН) [3], Sп.max - максимальное усилие подъема. Sп.max=Sп/0,7-0,8 = 455,7•104 /0,7 = 651•104 Н. При определении загрузки двигателя механизма тяги в период копания скорость передвижения коша драглайна принимается равной номинальной. Мощность двигателя тяговой лебедки при копании: Nт(k) = Sn(k)Vт.ном/1020•зт=61.1•104•1/1020•0.6=998.3кBт где зт КПД тягового механизма, зт =зб Чзрад. (здесь зб - КПД блоков и барабана; зрад - КПД редуктора тяговой лебедки). При повороте платформы драглайна с груженным ковшом на разгрузку на тяговый канат действует две силы: сила, равная примерно половине веса груженого ковша, которая удерживает ковш в горизонтальном положении, и центростремительная сила , который удерживает ковш на траектории движения вокруг оси вращения платформы и направлена вдоль тягового каната: Sт(p) = ( Gк+г)/2) + Рu.cтр = ( Gк+г)/2) + (Gк+г щ2 rк+г/g) = (33.9•104/2) + ( 33.9•104•(2•3.14•1) 2•66.5)/9.81=9079.8•104 Н. где щ - угловая частота вращения платформы драглайна(щ = 2рv); rк+г - радиус вращения груженого ковша относительно оси поворотной платформы (rк+г =66,5м, [4]); g - ускорение силы земного притяжения. В период поворота платформы с груженным ковшом на разгрузку используется режим ослабления поля возбуждения тяговых двигателей, тем самым достигается увеличение скорости тягового каната на 10 - 20 %. Загрузка двигателя механизма тяги. Nт(p) = (Sт(p) •(1.1-1.2) • Vт.ном)/1020• зт=(9079.8•104•1.1•1)/1020•0,6=163кВт При повороте платформы с порожним ковшом в забой Nт(s) = (Sт(s) •(1.1-1.2) • Vт.ном)/1020• зт=(3080.2•104•1.1•1)/1020•0,6=55.3кBт где Sт(s) =(Gk/2)+( Gk щ2 rк+г)/g=(11.5•104/2)+(11.5•(2•3.14•1) 2•66.5)/9.81=3080.2•104 Н. Средневзвешенная мощность двигателя механизма тяги драглайна: Nт.св=(Nт(к)•tк+Nт(p) •t р+ Nт(s) •t з)/ Tц=(998,3•15,75+163•18,375+55.3•18,375)/52.5= =375,8кВт Диаграмма разгрузки механизма тяги драглайна в период копания, поворота груженого ковша на разгрузки и порожнего в забой представлен на (рис. 2.2). Рис. 2.2. Диаграмма разгрузки механизма тяги драглайна в период копания Во время копания двигатель механизма подъема драглайна не загружен. При отрыве ковша от забоя, которое продолжается 2-3 с, усилие в подъемном канате наибольшее (S'п). частота вращения якоря подъемного двигателя при этом близка к номинальной. Мощность подъемного двигателя в момент отрыва ковша от забоя: Nпд=(К•Sпд•Vпд)/(1020•з)=(1•5085•104•2)/(1020•0.8)=1246кВт Sпд=(1,5-1,7) Gк+г=1,5•33,9•104=50,85•104 Н При дальнейшем подъеме ковша с грунтом и повороте его месту разгрузки подъем осуществляется с номинальной скоростью. Мощность двигателя подъемного механизма за время поворота платформы к месту разгрузки Nп(р)=( Кр•Sп•Vп.ном)/(1020• зп)=(1•33,9•104•1).(1020•0,6)=553кВт. При повороте платформы в забой спуск ковша осуществляется в режиме ослабления поля возбуждения двигателя при скорости на 10 - 20% выше номинальной скорости подъема ковша. Усилие в подъемном канате SЅп= Gк=11.5 Мощность двигателя механизма подъема Nп(s)=( SЅп•(1,1-1,2) •Vт.ном)/1020• зп=(11.5•104•1.2•1)/(1020•0.6)=225,4 кВт Средневзвешенное значение мощности двигателя механизма подъема драглайна Nп.св=(Nпд•tк+Nп(р)•tр+Nп(s)•tз)/Tц=(1246•15.75+553•18.375+225,4•18.375)/52.5=646 кВт Диаграммы загрузки механизма подъема драглайна в период копания, отрыва ковша от забоя, поворота груженого ковша на разгрузке и порожнего в забой представлен на (рис.2.3). Рис.2.3. Диаграммы загрузки механизма подъема драглайна в период копания 2.2 Тяговый расчет гусеничного экскаватора Тяговое усилие гусеничного хода затрачивает преодоление внешних и внутренних сопротивлений где Sт.max - максимальное тяговое усилие на гусеницах; Wвн- внутренне сопротивление ходового механизма (сопротивление в подшипниках катков и роликов, сопротивление изгибу гусеничных лент на ведущих звездочках и.т.д.); f1 - приведенный коэффициент сопротивлений (f1=0,05); G - сила тяжести экскаватора; Wи - сопротивление инерции при трогании с места G=Е*g=550*9.81=5395 Wи=(k•G•Vk)/(E•tp)=(1•5395•0.5)/11•3=81.7 кH здесь k - коэффициент, учитывающий инерционные сопротивления ротора двигателя и вращающихся частей редуктора хода (для многодвигательных экскаваторов с приводом гусеничных тележек от индивидуальных двигателей постоянного тока k = 2; для однодвигательных экскаваторов k= 1; Vк - скорость хода экскаватора, м\с; g - ускорение силы тяжести g = 9,81 м\с2; tp - продолжительность разгона, (принимают tр = 3c); Wп - сопротивление подъема, возникающее при движении экскаватора на подъем: Wп=G•sinб=5395•0.2=1079 кН где б - угол максимального подъема, преодолеваемого экскаватором; Wг - сопротивление перекатыванию гусениц по грунту Wг= f2• G=0,08•5395=431,6 кН f2 = (0,08 - 0,12) - коэффициент сопротивления, зависящий от характера грунта (большие значения принимаются для более мягкого грунта); Wв - сопротивления движению от встречного ветра ,Wв=gЧF; g - давление ветра на лобовую поверхность экскаватора (принимаются g = 500 н\м2); F - площадь лобовой поверхности экскаватора, м2; Wпэв - сопротивление повороту (в расчет не принимают, т.к. при повороте экскаватора его движение прекращается и поворот производится при заторможенной одной из гусениц). Wв= g•F = 500•30 = 15кН Wпов=0 Wвн=G • f1 =5395•0.05=269.7 кН Sт.max=269,7+1079+81,7+431,6+15=1877 кН Мощность привода ходового механизма Vx=0.6•Vx=0.6•0.5=0.3 м/с Nk=( Sт.max • Vx )/(1020 • hx)=(1877•0.3)/1020•0.6)=920 кВт где Vx - скорость передвижения экскаватора, м\с; hx - КПД ходового механизма (редуктора). 3. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭКСКАВАТОРА Статический расчет экскаваторов имеет целью определить: уравновешенность поворотной платформы, устойчивость экскавато-ра, усилия в роликах и захватывающих устройствах опорно-пово-ротного круга, опорные реакции и давления на основание (грунт). 3.1 Уравновешенность поворотной платформы Уравновесить поворотную платформу -- значит устранить выход результирующей веса платформы с механизмами и рабочим оборудованием за пределы периметра опорного круга при поворо-те платформы с полной нагрузкой и без нагрузки на рабочем органе. Удерживающий момент Му (кН*м) образуется от равнодей-ствующей G1 (кН) весов всех вращающихся частей экскаватора (за исключением противовеса и рабочего оборудования) на плече от-носительно оси вращения платформы. В противоположном на-правлении на платформу экскаватора действует опрокидывающий момент Мо (кН*м) от веса рабочего оборудования с грузом, выдвинутым на максимальный вылет. При определении оптимальных размеров рабочего оборудо-вания, например драглайна, основной заданной величиной являет-ся вместимость ковша или длина стрелы. Если обе величины изме-нять нежелательно, то прибегают к изменению диаметра опорной базы (в известных пределах). Таким образом, расчет уравновешен-ности платформы сводится к задаче, в которой среди принятых и заданных величин имеются такие, которые могут быть изменены. Платформа считается уравновешенной, если при любых воз-можных положениях поворотной части с ковшом (порожним или груженым) соблюдаются следующие необходимые условия: * равнодействующая весов вращающихся частей с рабочим оборудованием не должна выходить за периметр много-угольника, образованного соединением точек касания опор-ных катков с поворотным кругом; * перемещения равнодействующей вперед или назад по от-ношению к центральной цапфе желательно иметь одинако-выми по величине. Уравновешивание поворотной платформы достигается соответствующим размещением всех механизмов на поворотной платформе и выбором массы противовеса. Масса противовеса определяется для двух расчетных положений: I -- ковш опущен на почву (веса ковша и рукояти не создают момента); II -- груженый ковш вы-двинут на 2/3 вылета рукояти. Первое положение соответствует возможности смещения равнодействующей назад и отвечает, например, для рабочего обо-рудования лопаты, моменту начала копания при ковше, лежащем на земле (см. рис. 3.1, положение I). При этом подъемный канат ослаблен. Таким образом, веса рукояти Gр (кН) и ковша Gk(кH) ис-ключаются из состава опрокидывающих сил. Масса противовеса mnp1 (т) или его вес Gnp = g*mnp (кН) могут быть определены из уравнения моментов относительно точки А. При условии, что рав-нодействующая VA весов поворотной части экскаватора (с проти-вовесом и рабочим оборудованием) проходит через точку А (край-нее допустимое положение равнодействующей внутри круга ката-ния с радиусом Rо получим mnp1 = (Mo - My)/(rпр - Rо) *g = [Gc (rc+Rо) - G1(r1 - Ro)]/( rпр - R0) *g, где Gc и G1 -- веса стрелы и поворотной платформы с механизмами соответственно, кН; rпр, rc, r1 -- плечи действия сил (см. рис. 3.1, а). Второе положение соответствует возможности выхода равно-действующей вперед за точку В. При расчете экскаваторов средней мощности принимают, что груже-ный ковш выдвинут на 2/3 длины рукояти, а для мощных экскава-торов -- на полную ее длину. Предположим, что равнодействующая VB весов поворотной части экскаватора проходит через точку В. Тогда масса противо-веса из уравнения моментов относительно точки В будет mпр = [Gc (rс - R0) + Gрrp + Gк+пrк - G1(r1 + Ro)]/(rпp + Rо)*g, где rp и rк -- плечи действия сил (см. рис. 3.1, а). При выборе массы противовеса экскаватора с одним видом рабочего оборудования достаточно получить mпр1 = mпр2 и принять величину противовеса такой, чтобы mпр2 < mпр < mпр1. Если масса противовеса для положения II получается боль-ше, чем для положения I, то это указывает на чрезмерное смещение механизмов на платформе вперед, на слишком длинное и тяжелое рабочее оборудование или на то, что выбранный диаметр пово-ротного круга мал. Если mпр2 < 0 < mпр1, то это свидетельствует об излишне лег-ком или коротком рабочем оборудовании. То же самое может быть и при чрезмерно сдвинутых назад механизмах. Драглайн. Масса противовеса для драглайна, как и для лопа-ты, определяется для двух расчетных положений: I -- ковш опущен на землю, стрела поднята на максимальный угол гmах = 45ч50°, II -- ковш с породой поднят к голове стрелы, стрела опущена на минимальный угол гmin = 25ч30°. Последовательность расчета уравновешенности платформы драглайна такая же, как и для прямой лопаты. Рис. 3.1 Схема к определению уравновешенности драглайна Исходные данные: радиус опорно-поворотного круга Rо = 2,5 м, массы стрелы с напорным механизмом, рукояти, ковша с породой и платформы соответственно mc= 100 т; mк+п= 34,7 т и mпл=180 т, а плечи противовеса и поворотной платформы соответственно равны rс=40 м, rпр=10м, r1=25м. В соответствие с рис. 2.1. массу противовеса определяем для двух рас-четных положений. 1. Ковш опущен на землю, тогда из уравнения моментов относительно точки А имеем: mnp1=[Gc(rc+Rо) - Gпр(r1-Ro)]/g( rпр-Rо) = [mc(rc+Rо) - mпл(r1-Ro)]/( rпр-Rо)= =[100* (40+2,5) - 180(25 - 2,5)]/(10 - 2,5) = 26,6 т Определим точку x1 приложения равнодействующей всех сил G дейст-вующих на поворотный круг при массе противовеса mnp1 = 0, тогда G = g* ( mпл + mc) = 9,8* (180+ 100) = 2746 кН, и из уравнения моментов относительно оси О имеем mпл* ( r1- x1) = mc* ( rc + x1), откуда x1 = (mплr1 - mcrc)/( mпл + mc) = (180 * 25-100 * 40)/(180 + 100)= 1,7 м влево от оси О и внутри поворотного круга. Если же расположить противовес mnp1 = 26,6т на расстоянии rпр = 10 м от оси вращения платформы, то равнодействующая всех сил: G = g*( mc+ mпл+ mnp1) = 9,81*(100 + 180 + 26,6) = 3007,7 кН, действующих на поворотный круг будет приложе-на в точке А, однако эта дополнительная нагрузка на поворотный круг будет от-рицательно сказываться на общем балансе весов экскаватора. 2. Груженый ковш выдвинут на 2/3 вылета рукояти, то-гда из уравнения моментов относительно точки В имеем: mnp2 = [mc*(rc - Ro) + mк+пrк - mпл•(Ro+1,2r1)]/(rпр - Rо) = = [100* (40 - 2,5)+ 34,7 * 66,5-180*(2,5+1,2*25)]/(10-2,5) = (3700+ 2004,1 - 5940)/7,5 = -31,4 Определим точку x2 приложения равнодействующей всех сил G дейст-вующих на поворотный круг при массе противовеса mпр2 = 0, тогда G = g(mc + mпл+ mк+п) = 9,81* (100 + 180+ 34,7) = 3087 кН, а из уравнения моментов относительно оси О имеем: mпл(r1 + x2) = mc(rс - x2) + mр(rр - x2) + mк+п(rк - x2), откуда x2 = (mcrс + mк+пrк - mплr1)/( mc + mпл + mк+п ) = = (100*40 + 34,7 * 66,5 -180 * 25)/(100 +180 + 34,7 )= 5,09 м вправо от оси и внутри поворотного круга. Равнодействующая всех сил действующих на поворотный круг будет приложена в точке В только если масса противовеса будет отрицательной вели-чиной, что не имеет физического смысла. Данный экскаватор имеет удовлетворительно уравновешенную платформу. В расчетных случаях равнодействующая всех сил не выходит за пределы периметра опорно-поворотного круга, что не требует установки балластного груза. [2]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Приведенная методика расчета экскаватора и расчета загрузки основных его механизмов позволяет обосновать тип принимаемого выемочно-погрузочного оборудования для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий, произвести построение нагрузочных диаграмм и определить средневзвешенную загрузку приводов механизмов одноковшовых экскаваторов с учетом условий и особенностей их работы. Таким образом, результаты расчетов свидетельствуют о необходимости разработки мероприятий по улучшению использования, повышению производительности оборудования и совершенствованию его эксплуатации. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Страбыкин Н.Н., Чудогашев Е.В.,Корякин Б.И. Выбор и расчет одноковшовых экскаваторов: Учеб. пособие.- Иркутск: ИПИ,1987.-52 с. 2. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров: Учеб. для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Московского государсвенного горного университета, 2003.-606 с.: 3. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Виницкий К.Е., Мельников Н.Н. и др. Справочник. Открытые горные работы- М.: Горное бюро, 1994.- 590 с.: 4. Викулов . Подъемно транспортные машины
| |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| © 2010 Все права защищены. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
