Проектирование траншеекопателя роторного навесного

Рассчитанные значения основных параметров сводим в таблицу 3.5. 

Таблица 3.5

Значения основных параметров

№	Параметр	Размерность	Значение
1	Глубина траншеи	м	1,3
2	Номинальная производительность	м3/с (м3/ч)	200 (0,05)
3	Ширина траншеи	м	0,5
4	Критическая скорость	м/с	3,64
5	Окружная скорость	м/с	1,5
6	Угловая скорость ротора	рад/с	1,11
7	Диаметр ротора	мм	2700
8	Число ковшей	шт.	12
9	Число рядов ковшей	шт.	1
10	Шаг ковшей	мм	750
11	Угловой шаг ковшей на роторе	градус	23˚3
12	Вместимость ковша	м3	0,04
13	Частота разгрузок	с-1	1,98
14	Ширина ленты отвального конвейера	мм	650
15	Диаметр барабана конвейера	мм	400
16	Подача на ковш	мм	38
17	Средняя толщина стружки	мм	26,3
18	Номинальная скорость рабочего передвижения	м/с (м/ч)	0,077 (277)
19	Минимальная скорость рабочего передвижения	м/с (м/ч)	0,03(110)
20	Максимальная скорость рабочего передвижения	м/с (м/ч)	0,162 (583)

Выполним в масштабе предварительную компоновку рабочего оборудования в соответствии с описанием принятой конструкции, согласно которой для агрегатирования рабочего оборудования применяется  перекомпанованная навеска трактора (приложение В).

На основании замеров  получим L₁=640мм, L₂=1860мм, L₃=450мм, L₄=1860мм, h₀=800мм, h₁=1105мм, h₃=1860мм.                               

 

4. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ

4.1. Расчет мощности  на привод  рабочего органа

 

Мощность на привод рабочего органа Р_р.o^дв, приведенную к валу двигателя, можно определить по уравнению

 

Р_р.о^дв = Р_р/h_рh_п.р + Р_тр/h_п.т ,                          (4.1)

 

где Р_р,  Р_тр – соответственно на привод ротора и транспортера;

       h_р, h_пр, h_п.т – соответственно к.п.д. ротора, привода ротора, привода транспортеров. Обычно рекомендуется принимать h_р =  0,85[3]. Остальные значения к.п.д. определяются на основании анализа конструкции привода и трансмиссии.

Мощность на привод ротора определяется следующим образом:

Р_р = Р_к  + Р_раз + Р_п,                                        (4.2)

где Р_к – мощность на копание грунта ковшами;

      Р_раз – мощность на разгон грунта;

      Р_п – мощность на подъем грунта к месту разгрузки.

Р_к = k₁П_т,                                                     (4.3)

где k₁ – удельное сопротивление грунта копанию. Принимаем k₁ = 520 кПа

            (табл.3,2[3]);

П_т – техническая производительность ротора.

По существующим рекомендациям  для обычных условий работы при проектировании роторных траншеекопателей и шнекороторных каналокопателей k₁ можно принять по табл. 3.2. [3].

Определим мощность на копание  грунта ковшами

Р_к = 520

0,05 = 26 кВт.

Мощность на разгон грунта определяется следующим образом

 

 Р_раз = П_т r v_p²/2,                                            (4.4)

 

где r – плотность грунта в естественном состоянии. Принимаем r = 2 т/м³. 

           (табл.2 приложения[1]);

Р_раз = 0,05

2  1,5²/2 = 0,07 кВт.

 Мощность на подъем грунта к месту разгрузки определяется следующим образом

Р_п = П_т r gН_п,                                                 (4.5)

где Н_п – высота подъема грунта к месту разгрузки.

высота подъема грунта складывается из высоты Н₃ подъема грунта в забое до дневной поверхности и высоты Н_о подъема от дневной поверхности до места выгрузки (рисунок. 3.3).

Для обоих типов экскаваторов принимается

Н₃ = 0,5 Н, (4.6)

Н₃ = 0,5·1,3=0,65м.

Из рисунка. 3.3 видно, что

 Н_о = (0,5D – h_к)(cosα_н – sinφ_о),                              (4.7)

Н_о = (0,5

2,7 – 0,25)(cos30 – sin2,13) = 0,88 м.

Определим высоту подъема  грунта к месту разгрузки

                                         Н_п = Н₃

Н_о  = 0,5 Н Н_о ,                                                    (4.8)

Н_п = Н₃

Н_о  = 0,65 0,88 = 1,53 м.

Определим мощность на подъем грунта к месту разгрузки

Р_п = 0,05

2 9,81 1,53 = 1,5 кВт.

Определим мощность на привод ротора:

Р_р = 26 + 0,07 + 1,5 = 27,6 кВт.

Расчет мощности на привод транспортеров производится по методикам, известным из курса «Подъемно-транспортные машины». Упрощенно мощность в кВт можно рассчитать  по методике ВНИИ Земмаш по следующей формуле:

Р_тр= c₁(П_т r g H + П_т r  gL c₂ + c₃ L v_л)/(3,6 · 10³),                 (4.9)

где с₁, с₂, с₃ – соответственно коэффициент, учитывающий влияние относитель-

                        ной длины конвейера на общую массу движущихся частей, сопро

                        тивления движению ленты, зависящий от ширины ленты. Прини

                        маем с₁ = 3,4; с₂ = 0,04; с₃ = 61;

     П_т – техническая производительность транспортера, принимаемая рав-

              ной технической производительности экскаватора, м³/ч;

      r – плотность транспортируемого грунта, r = 2 т/м³ (табл.2 приложения[3]);

       H – разность высот расположения концевых барабанов конвейера.

              Принимаем Н = 0,8 м;

        L – расстояние между осями концевых барабанов, L = 3…5 м[3]. При-

              нимаем L = 4 м;

       v_л – скорость ленты, v_л = 3…5 м/с[3]. Принимаем v_л = 4 м/с;

Значение с₁ принимается в зависимости от расстояния между осями концевых барабанов конвейера по табл. 3.3[3].

Значение с₂ принимается 0,04 при роликах на подшипниках качения и 0,06 на подшипниках скольжения, значения с₃ принимаются по табл. 3.4[3].

Р_тр= 3,4 (200 2 9,81 0,8 + 200 2 9,81 4 0,04 + 61 4 4)/(3,6 · 10³) =

=4,5 кВт.

 Определим мощность на привод рабочего органа Р_р.o^дв, приведенную к валу двигателя

Р_р.о^дв = 27,6 / (0,85

0,8) +  4,5 / 0,8 = 31,6 кВт.

4.2. Определение мощности на передвижение роторного экскаватора

 

Для расчета мощности на передвижение необходимо в первую очередь определить силы, действующие на рабочее оборудование. Поэтому приведенная к двигателю мощность Р_пер^дв на передвижение для машин с навесным, полунавесным и полуприцепным рабочим оборудованием приближенно может быть определена по формуле

Р_пер^дв = G_м f_пр v_п/(h_б h_г h_тр h_пр),                                     (4.10)

где G_м – сила тяжести машин.

G_м = m

9,81 = 18300 9,81 = 179523 Н = 179,52 кН.

f_пр – приведенный коэффициент сопротивления передвижению, равный

                удвоенному   коэффициенту f_о сопротивления передвижению гусениц.        

                Принимаем f_о = 0,12 (табл. 2 [3]) ;

h_б,h_г, h_тр, h_пр – соответственно к.п.д. буксования, механизма гусениц, транс-

                          миссии, привода хода. При полной нагрузке можно принимать

                          для гусеничных тракторов h_б = 0,95...0,98, h_тр = 0,88...0,93. Для

                          гусеничных машин h_г = 0,7...0,9. h_пр = 0,9 (стр.113 [3]).

Р_пер^дв = 179,52

0,24 0,077 /(0,96 0,8 0,9 0,9) =5,33 кВт.

Определяем предварительно необходимую мощность двигателя

P_дв=К_з· Р_р.о^дв, (4.11)

где К_з- коэффициент запаса прочности двигателя, К_з=1,2…1,4

P_дв=(1,2…1,4)· 31,6=37,9 …44,2 кВт.

По расчетному значению P_дв принимаем предварительно в качестве базовой машины переоборудованный трактор ТТ-4, имеющие следующие технические данные [7]:

Номинальная эксплуатационная мощность двигателя, кВт (л.с.) 81 (110)

Частота вращения, об/мин: 

коленчатого вала двигателя  при номинальной мощности 1250

ВОМ 1000

Удельный расход топлива  при номинальной эксплуатационной мощности, г/кВт*ч (г/э. л.с.-ч) не более 218(160)

Колея, мм 1880

Продольная база, мм 3960

Дорожный просвет, мм 415

Ширина башмаков, мм 460

Скорость рабочего хода регулируется бесступенчато

Транспортная скорость от 2,2 до 9,8 км/ч

Габаритные размеры:

Длина 6300мм

Ширина 2550мм

Высота 3560мм

Высота грунтозацепа, мм 65

Удельное давление на грунт, МПа 0,076

Масса конструктивная с база под трубоукладчик 17700 кг.

 

  4.3. Определение сил, действующих на рабочее оборудование

 

Для выполнения тяговых  и статических расчетов необходимо рассчитать реакции, действующие на рабочее оборудование. Силы на отделение  грунта от забоя (силы копания) приложены к режущей части ковша и представляются в виде касательной F_t и нормальной F_n составляющих, причем

F_n = e ·F_t,                                                  (4.12)

где e – коэффициент соотношения между составляющими,  e = 0,2...0,5[3].

Принимаем e=0,35.

Величина касательной  силы определяется по зависимости

F_t = k₁ ·А_стр,                                                 (4.13)

где А_стр – площадь стружки в радиальном сечении, А_стр = В ·с.

Поскольку толщина стружки  – величина переменная и зависит  от угловой координаты ковша j_i, то в общем виде

 

F_{t і} = k₁ В·с· sin j _і,                                             (4.14)

Тогда на рисунке 4.1

F_{t 1} = k₁ ·В·с· sin b_z ,                                            (4.15)

                               F_{t 1} = 520 0,5 0,038 sin 30 = 4,94 кН.

                                                F_{t 2} = k₁ ·В·с· sin 2b_z,                                       (4.16)

F_{t 2} = 520

0,5 0,038 sin (2 30) = 8,55 кН.          

 Определение результирующей касательной силы F_t^сум произведем графическим сложение сил выполненном в масштабе в приложении Г. Получим F_t^сум=12,8 кН.                                  

Определяем нормальную силу F_n

F_n1 = e· F_t1

F_n1 = 0,35

4,94 = 1,72 кН.

F_n2 = e ·F_t2

F_n2 = 0,35

8,55 = 2,99 кН.

Определение результирующей касательной силы F_n^сум произведем графическим сложение сил выполненном в масштабе в приложении Г. Получим F_n^сум=4,48 кН. 

 

 

Рисунок 4.1 — Схема к определению сил, действующих на ротор.

 

Для определения точки  приложения F_t^сум необходимо провести касательную к ротору, параллельную F_t^сум. Точка касания и есть искомая точка. Эта же точка является и точкой приложения нормальной результирующей силы, величина которой также определяется геометрическим сложением векторов сил F_nі. Точкой приложения сил будет прямая поролельная F_t^сум проведенная косательна к окружности траектории движения ковшей.