Конструкція екскаваторів драглайнів та розрахунки навантажень і потужності піднімального та тягового механізмів

Основними особливостями конструкції екскаваторів – драглайнів є те що робочий орган таких машин (ківш) не має жорсткого з’єднання зі стрілою та поворотною платформою, а процес копання ґрунтів забезпечується за допомогою канатів механізму тяги при ослаблених канатах механізму підйому. Загальний вигляд та основні параметри крокуючого екскаватора ЕШ–15.90 виробництва УЗТМ представлено на рисунку 3.6, з якого видно, що екскаватор може виконувати земляні роботи нижче рівня стоянки на глибині до 40м.

При розрахунках механізмів тяги і підйому ковша за вище викладеній методиці [4] необхідно послідовно виконати слідуючи:

- розрахувати маси і лінійні розміри;

- визначити навантаження на приводи механізмів у різні складові циклу роботи (копання ґрунту, підйом ковша, повороти на розвантаження та на початок копання ґрунту), та швидкості при яких відбуваються основні операції циклу;

- визначити тривалість окремих операцій;

- розрахувати максимальну, або середньо вагову потужність привода;

- провести необхідні розрахунки і вибір складових елементів кінематичних схем.

а – загальний вигляд крокуючого екскаватора–драглайна ЕШ–15–90;

б – робочі розміри екскаватора; в – схема поліспастів механізмів

Рисунок 3.6 – Крокуючий екскаватор–драглайн ЕШ–15–90

Для визначення навантажень у тягових і піднімальних канатах драглайна можливі кілька розрахункових випадків, найбільш розповсюдженими з яких є:

– для канатів тягового механізму (рис. 3.7)

,

де – опір породи копанню, Н;

– вага ковша з породою, Н;

– граничний кут укосу, град;

– коефіцієнт тертя ковша об породу.

а б

Рисунок 3.7 – Схеми навантаження тягового () і піднімального () канатів драглайна при копанні (а) і повороті ковша на розвантаження ґрунтів (б)

Опір породи копанню

,

де – місткість ковша драглайна, м³;

– відношення обсягу призми волочіння до місткості ковша;

– коефіцієнт опору копанню драглайна;

– відношення шляху наповнення ковша до довжини ковша;

– довжина ковша драглайна, м;

– коефіцієнт розпушення ґрунту;

– для канатів піднімального механізму найбільш несприятливий випадок може виникнути в момент підйому ковша з ґрунтом, коли зуби ковша заглиблені у міцний ґрунт і в призму волочіння. При цьому максимальне зусилля

,

де – коефіцієнт, що враховує додатковий опір підйомові ковша внаслідок його заглиблення в ґрунт і підйом ковша з підхопленням,

.

Другий розрахунковий випадок відповідає ситуації, коли ківш із ґрунтом піднятий у повітрі й утримується в положенні, при якому ґрунт із ковша не висипається за допомогою піднімальних і тягових канатів.

У цьому випадку зусилля в піднімальних канатах буде визначатися зусиллям у тягових канатах, тобто буде залежним від величин кутів і . При великих значеннях цих кутів ківш може ввійти до зони розтягування канатів, і зусилля в канатах можуть зрости до розривних. Тому цю зону називають також заборонною для ковша зоною. З цих умов кут беруть не більш 25...З5˚, а кут не більш 10...15°.

Тоді

,

звідси

,

або

.

При розрахунку механізмів підйому і тяги ковша спочатку розраховують механізм тяги ковша й одержують розрахункові значення .

Приблизно беруть

,

де – максимальне робоче зусилля в тягових канатах, Н.

Потужність двигуна тягового механізму при копанні

,

де – номінальна швидкість переміщення тягового каната, м/с;

– ККД тягового механізму.

При повороті платформи з навантаженим ковшем відбувається ослаблення каната, тому робота тягового механізму відбувається при швидкості

.

Потужність двигуна тягового механізму в цей період

,

де – зусилля в тяговому канаті при повороті ковша на розвантаження, Н.

,

де – частота обертання платформи, с^–1;

– максимальний радіус розвантаження, м;

– маса ковша з породою, Н.

Потужність двигуна піднімального механізму в момент відриву ковша від вибою

,

де – швидкість піднімального каната, м/с;

– ККД механізму підйому ковша.

Потужність двигуна механізму підйому при повороті ковша на розвантаження і завантаження:

;

.

Цикл роботи екскаваторів з устаткуванням драглайна можна розбити на наступні періоди:

– час копання ;

– час повороту платформи на розвантаження і у вибій приблизно дорівнює

.

Час відриву ковша від вибою с;

Навантажувальні і швидкісні діаграми потужності двигунів тягового і піднімального механізму наведені на рисунку 3.8.

	а
б
в

а – тяговий механізм; б – підіймальний механізм; в – поворотний механізм

Рисунок 3.8 – Навантажувальні (–) і швидкісні (––) діаграми головних механізмів драглайна по М.М. Чулкову

Середньозважені потужності двигунів механізмів тяги і підйому ковша:

;

.

За отриманими значеннями вибираються електродвигуни за найближчими більшими значеннями потужності (табл. 3.2).

Потужність механізмів підйому і натиску можна визначити і по максимальним навантаженням, які виникають при копанні ґрунту. Для цього по розрахунковій схемі (рисунок 3.7) визначають максимальні навантаження в період копання ґрунту і по залежностям

де і – максимальні значення навантажень на підйомний і натискний механізми в період копання, Н.

Таблиця 3.2 – Характеристика деяких типів двигунів постійного струму, що застосовуються на приводах виконавчих механізмів екскаватора

Тип або марка двигуна	Потужність двигуна, кВт	Напруга, В	Частота обертання, об/хв
МПЭ 11–14/4
МПЭ 11–14/7
МПЭ–400–900–У3
ДПЭ–82А
ДПЭ–72
ПЭ–134–4до
МП 735–750

Передатне число механічних передач привода

,

де , – частота обертання вала двигуна і барабана, хв^–1.

,

де – діаметр барабана, припускається попередньо, а потім уточнюється, м.

За передатним числом механізму розробляється кінематична схема привода і редуктора. При цьому можна користуватися існуючими схемами механізмів підйому і тяги ковша драглайна.