Общий расчет траншейных экскаваторов

Общим расчетом определяются граничные значения основных па­раметров экскаватора, обеспечивающие его функционирование в за­данных расчетных условиях эксплуатации.

Теоретическая производительность экскаватора П₀ связана с площадью F_Tp (м²) поперечного сечения траншеи и скоростью v_n (м/ч) подачи соотношением

^о " ^тр ' " п •

Согласно этому соотношению минимальная и максимальная ско­рости подачи, соответствующие максимальной F_{Tp max} и минимальной F_{Tp mln} площадям поперечных сечений траншеи при заданной произво­дительности и расчетном грунте, определяется как

^max (mln) " ^о'^тр max (mln)- (4.3)

Заданная производительность траншейного экскаватора обеспе­чивается выносной способностью рабочего органа, которая в случае роторного экскаватора выражается через его геометрические харак­теристики формулой

П₀ = 15JT-n[(D_K - б_к)² - (Dj + 5₀)²]-b_K-k -к_ф-к_н/к_р, (4.4)

где п - частота вращения ротора, мин^-1;

D_K и Dj - диаметры ротора соответственно по передним кромкам ковшей и по беговым дорожкам, м (рис. 4.2);

б_к - толщина лобовой стенки ковша, м;

б₀ - толщина обечайки, предохраняющей от просыпания грунта в полость ротора, м;

Ь_к - ширина ковша в свету, м;

к - коэффициент использования шага ковшей;

к_ф - коэффициент формы ковша;

к_н - коэффициент наполнения ковшей.

Размеры D_K и д₁ должны удовлетворять требованиям процесса рытья траншей заданной максимальной глубины Н и возможности рас­положения конвейера в полости ротора над продольными балками рамы рабочего оборудования. Размер Ь_к назначают из условия обеспечения рытья траншей заданной ширины В по дну без возможного контакта торцовых поверхностей зубчатого венца ротора с боковыми стенками траншеи. Толщины стенки ковша б_к и обечайки 5₀ определяют конс­трукторской проработкой.

Рис. 4.2. Схема к определению геометрических параметров ротора траншейного экскаватора.

Коэффициент к есть отношение центрального угла ф_п, опреде­ляющего положение поперечной балки, соединяющей опорные кольца ротора, относительно режущей кромки ковша, к шаговому углу ковшей Ф_к = 2зг/г (z - число ковшей на роторе):

к = ф_п/ф_К.

В среднем к = 0, 6... О, 7.

Коэффициент формы ковша 1% учитывает снижение его вместимос­ти вследствие наклона задней стенки к траектории движения режущей кромки (угол 0),. закругления в задней части ковша, где для лучшей

опорожняемости применены цепные маты, а также закругления перед­ней стенки ковша в поперечном направлении. Угол 0 принимают не ниже максимальной кинематической поправки, на которую уменьшается угол резания в верхней части забоя. Для современных экскаваторов этот угол составляет 4...8°, а соответствующий ему коэффициент формы ковша кф = 0, 65...О, 7 в зависимости от конструкции послед­него. Меньшие значения принимают для ковшей арочной, а большие -для ковшей П-образной формы.

Коэффициент наполнения к_н определяется отношением фактичес­кого объема грунта, загруженного из ковша, к геометрической вмес­тимости последнего. Им учитываются потери грунта вследствие его просыпания через цепные маты после выхода ковша из забоя, а также уменьшение вместимости из-за налипания грунта на стенки ковша. В среднем к_н = 0, 8...О, 9 (меньшие значения для мелкофрикционных сы­пучих, а также липких грунтов, большие - для сыпучих кусковатых грунтов).

Поскольку приведенные размеры D_K, D₁ и b_K определяются лишь после конструкторской проработки ротора, то формулу (4.4) следует считать проверочной для принятия решения о пригодности полученных размеров для обеспечения заданной производительности. Предвари­тельно, по данным статистической обработки размеров существующих экскаваторов, диаметр ротора по режущим кромкам зубьев назначают по отношению D₀/H = 1, 74...1, 81. В отдельных случаях эти пределы могут быть расширены до 1, 53...1, 94 (меньший для разработки уз­ких, больший - для разработки широких траншей). Размер D₀ связан с диаметром D_K соотношением

D₀ = D_K + 21-sin а,

где 1 - длина зуба, мм (для экскаваторов легких и тяжелых моде­лей, 1 = 150...200 мм);

а - угол резания в нижней точке забоя (а * 45°).

Вместимость ковша определится из условия выноса грунта из траншеи по формуле

q = П₀ -k_p/(60n-z-k_H) (4.5)

Шаг Т (м) ковшей определяют из условия обеспечения требуемо­го числа разгрузок Пр при заданной скорости цепи (м/с):

Т = бОУц/Пр. (4.6)

Этот размер корректируют впоследствии по шагу цепи, принимая его кратным последнему.

В конструкциях цепных рабочих органов траншейных экскавато­ров используют в основном тяговые разборные или пластинчатые це­пи. Их выбирают по разрывному усилию S_p, которое принимается на 10...30% выше расчетного усилия S. Последнее определяют по номи­нальной мощности N_flB двигателя. Если двигатель еще не выбран, то сначала по заданной теоретической производительности и удельному сопротивлению расчетного грунта копанию lq (кПа) (табл.4.1) опре­деляют требуемую мощность (кВт) двигателя по эмпирической формуле

В_дв = (1, 2 * 1, 4)10-³(П₀-к₁ + 2600) (4.7)

(меньшие значения коэффициента пропорциональности соответствуют большей производительности), которую распределяют по потребителям согласно табл. '4.1.

С учетом неравномерной загрузки каждой из двух цепей расчет­ное усилие в более нагруженной цепи определяют по формуле

S = 0, 6N_p.₀/v_u

где N_p _ ₀ - мощность, затрачиваемая на привод рабочего органа.

Таблица 4.1 Примерное распределение мощности (%) траншейного

цепного экскаватора

Выносная способность 0, рабочего органа должна удовлетворять расчетной производительности экскаватора:

Q = 3600q-k_H-Vy/T ) П₀-к_р. (4.8)

Полученные размеры ковша и шаг Т проверяют, кроме того, по условию свободной разгрузки грунта через заднюю стенку без пере­сыпания в движущийся следом ковш.