Механическое оборудование карьеров

При повороте платформы с порожним ковшом в забой

Nт
(s)
= (Sт
(s)
∙(1.1-1.2) ∙ Vт
.
ном
)/1020∙ ηт
=(3080.2∙104
∙1.1∙1)/1020∙0,6=55.3кBт

где

Sт
(s)
=(Gk
/2)+( Gk
ω2
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∙η)=(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∙ ηп
)=(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

S˝п
= Gк
=11.5

Мощность двигателя механизма подъема

Nп
(s)
=( S˝п
∙(1,1-1,2) ∙Vт
.
ном
)/1020∙ ηп
=(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, мс; g – ускорение силы тяжести g = 9,81 мс2
; tp
– продолжительность разгона, (принимают tр
= 3c); Wп
– сопротивление подъема, возникающее при движении экскаватора на подъем:

Wп
=G∙sinα=5395∙0.2=1079 кН

где α – 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
=g×F; g – давление ветра на лобовую поверхность экскаватора (принимаются g = 500 нм2
);

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, мс; hx
– КПД ходового механизма (редуктора).

3. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭКСКАВАТОРА

Статический расчет экскаваторов имеет целью определить: уравновешенность поворотной платформы, устойчивость экскавато­ра, усилия в роликах и захватывающих устройствах опорно-пово­ротного 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 поворо­те платформы с полной нагрузкой и без нагрузки на рабочем органе.

Удерживающий момент Му
(кН*м) образуется от равнодей­ствующей G1
(кН) весов всех вращающихся частей экскаватора (за исключением противовеса и рабочего оборудования) на плече от­носительно оси вращения платформы. В противоположном на­правлении на платформу экскаватора действует опрокидывающий момент Мо
(кН*м) от веса рабочего оборудования с грузом, выдвинутым на максимальный вылет.

При определении оптимальных размеров рабочего оборудо­вания, например драглайна, основной заданной величиной являет­ся вместимость ковша или длина стрелы. Если обе величины изме­нять нежелательно, то прибегают к изменению диаметра опорной базы (в известных пределах). Таким образом, расчет уравновешен­ности платформы сводится к задаче, в которой среди принятых и заданных величин имеются такие, которые могут быть изменены.

Платформа считается уравновешенной, если при любых воз­можных положениях поворотной части с ковшом (порожним или груженым) соблюдаются следующие необходимые условия:

• равнодействующая весов вращающихся частей с рабочим оборудованием не должна выходить за периметр много­угольника, образованного соединением точек касания опор­ных катков с поворотным кругом;

• перемещения равнодействующей вперед или назад по от­ношению к центральной цапфе желательно иметь одинако­выми 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 вы­двинут на 2/3 вылета рукояти.

Первое положение соответствует возможности смещения равнодействующей назад и отвечает, например, для рабочего обо­рудования 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) ис­ключаются из состава опрокидывающих сил. Масса противовеса mnp
1
(т) или его вес Gnp
= g*mnp
(кН) могут быть определены из уравнения моментов относительно точки А. При условии, что рав­нодействующая VA
весов поворотной части экскаватора (с проти­вовесом и рабочим оборудованием) проходит через точку А (край­нее допустимое положение равнодействующей внутри круга ката­ния 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 равно­действующей вперед за точку В. При расчете экскаваторов средней мощности принимают, что груже­ный ковш выдвинут на 2/3 длины рукояти, а для мощных экскава­торов — на полную ее длину.

Предположим, что равнодействующая VB
весов поворотной части экскаватора проходит через точку В. Тогда масса противо­веса из уравнения моментов относительно точки В будет

mпр
= [Gc
(rс
- R0
) + Gр
rp
+ Gк
+
п
rк
– G1
(r1
+ Ro
)]/(rп
p
+ 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 боль­ше, 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 пово­ротного круга мал.

Если mпр2
< 0 < mпр1
, то это свидетельствует об излишне лег­ком или коротком рабочем оборудовании. То же самое может быть и при чрезмерно сдвинутых назад механизмах.

Драглайн.

Масса противовеса для драглайна, как и для лопа­ты, определяется для двух расчетных положений: I — ковш опущен на землю, стрела поднята на максимальный угол γm
ах
= 45÷50°, II — ковш с породой поднят к голове стрелы, стрела опущена на минимальный угол γmin
= 25÷30°.

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 рас­четных 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 дейст­вующих 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
= (mпл
r1
– mc
rc
)/( mпл
+ mc
) = (180 • 25-100 • 40)/(180 + 100)= 1,7 м

влево от оси О и внутри поворотного круга.

Если же расположить противовес mnp
1
= 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 приложе­на в точке А, однако эта дополнительная нагрузка на поворотный круг будет от­рицательно сказываться на общем балансе весов экскаватора.

2. Груженый ковш выдвинут на 2/3 вылета рукояти, то­гда из уравнения моментов относительно точки В имеем:

mnp2
= [mc
•(rc
- Ro
) + mк
+
п
rк
- 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 дейст­вующих 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
= (mc
rс
+ mк+п
rк
- mпл
r1
)/( 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 вели­чиной, 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