Рассчитать подъемное и напорное усилие. Экскаватор экг10

• Название: Экскаватор экг10
• Дата: 22.01.2022
• Размер: 289.12 Kb.
• Имя файла: Рассчитать подъемное и напорное усилие.docx
• Тип: Документы; #338750

ВВЕДЕНИЕ
Горное дело относится к одному из основных видов человеческой деятельности, обеспечивающих существование и уровень развития цивилизации. Горная промышленность характеризуется большими масштабами добычи самых разных видов полезных ископаемых. Сегодня по всему миру построены мощные шахты и рудники, карьеры и разрезы, прииски и обогатительные фабрики, оснащенные современными машинами и комплексами, проектирование.

Так, для выполнение тех задач, которые стоят перед нами, одним из немаловажных факторов сейчас является быстрота и безопасность работы при проведении горных работ. Для выполнения поставленных задач обычно используют карьерный транспорт – это крупногабаритная техника, предназначенная для работы с большими объемами грунта. Она разработана специально для горнодобывающей промышленности.

Карьерные экскаваторы – это класс крупногабаритной землеройной спецтехники, широко используемый для добычи полезных ископаемых в карьерах, наряду с карьерными самосвалами. Его конструкция специально разработана для функционирования на открытых пространствах при любых погодных условиях. Он перемещается на гусеничном ходу, чтобы легко преодолевать уступы карьера, а копание грунта и перемещение добытой породы осуществляется с помощью ковша.

Поскольку полезные ископаемые до сих пор добываются преимущественно открытым способом, этот вид техники востребован и сегодня.
ЭКСКАВАТОР ЭКГ-10
Экскаватор ЭКГ-10 – это выемочно-погрузочная машина, работающая на гусеничном ходу и оборудованная одним ковшом. Гусеничный ход экскаватора позволяет работать под углом, не испытывая крен и дифферент. Машина выполняет копательные и черпающие операции в карьерах. Основной задачей ЭКГ-10 является перемещение ковшом полезных ископаемых в кузов самосвала или другое транспортное средство. Экскаватор удобен в эксплуатации, имеет высокий показатель грузоподъемности, прост в обслуживании.

ЭКГ-10 является продуктом ОАО "Ижорские заводы". В линейке предприятия модель считается одной из наиболее мощных. Земляные работы повышенной трудоемкости без техники должной мощности и специализации невозможны. Именно потому и был разработан ЭКГ-10. Характеристики и параметры экскаватора весьма специфичны. Сама модель ценится за приспособленность к решению конкретных задач. Кроме того, техника выделяется отличной ремонтопригодностью. Правда, ее ремонт лучше осуществлять в специализированных сервисных центрах, способных тщательно протестировать электрическую и механическую составляющие агрегата. Проблемные узлы и детали заменяются в кратчайшие сроки благодаря отсутствию дефицита запчастей для данного экскаватора.

Для ЭКГ-10 характерны некоторые отличия от остальных модификаций. Модель обладает увеличенной длиной рабочего оборудования. Данная особенность полезна при прокладке первичных траншей или связи с транспортными средствами, находящимися на более высоком уровне.

Экскаватор работает с любыми породами до V категории включительно. В конструкцию техники входит малоопорное гусеничное ходовое устройство, позволяющее осуществлять подъем на уклоны в 12 градусов.

В качестве прообраза для создания ЭКГ-10 выступили экскаваторы брендов Bucyrus и Marion, закупленные правительством СССР в далеких 1930-х годах. Зарубежные модели советские разработчики взяли в качестве базы для развития отечественных механических лопат. В ЭКГ-10 можно рассмотреть черты моделей Marion 37, 4160, 4120 и Bucyrus 50В, 120В. Различают несколько исполнений данного экскаватора, соответствующих определенным климатическим условиям:

• 
  «У» – умеренное с предельными границами температур от -40 до +40 градусов;
  
• 
  «ХЛ» – холодоустойчивое, выдерживающее заморозки до -60 градусов;
  
• 
  «С» – северное, переносящее температуру от -50 до +40 градусов;
  
• 
  «Т» – тропическое – от -20 до +55 градусов.
  

ЭКГ-10 считается базовой моделью. Для его применения в различных технологических направлениях созданы следующие модификации:

1. 
   ЭКГ-10В. Модель, оборудованная ковшом с пневмоударными зубьями, позволяющими разрушать горную массу и разрабатывать породы различной крепости даже без предварительного рыхления;
   
2. 
   ЭКГ-10Р. Модификация с ковшом в 8 кубометров. Для данной модели подъемное усилие увеличено на 10000 кг. В составе дополнительного оборудования значится рядная подъемная лебедка, на головной платформе имеются крепления для рядного или планетарного редуктора;
   
3. 
   ЭКГ-10М. Версия с расширенным ковшом, вмещающим 11,5 кубометров груза. Она рассчитана на эксплуатацию в угольных разрезах. Для этого конструкция ковша была пересмотрена в соответствии со специфическими условиями работы.
   

Производство модели осуществлялось с 1980-го по 2009-ый года. Небольшими партиями ЭКГ-10 продолжают выпускать и в настоящее время.

Двигатель

Механизмы напора, подъема, хода и поворота, механизм открывания ковша получают усилие от двигателей постоянного тока, вспомогательные механизмы – от агрегатов переменного тока. Силовые установки ключевых механизмов получают энергию от генераторов преобразовательного агрегата, моторы вспомогательных механизмов питаются от понижающего трансформатора.

«Сердцем» техники является генератор (мотор с тиристорным возбуждением). Он имеет следующие характеристики:

• 
  трансформатор – 160 кВА;
  
• 
  номинальная мощность сетевого агрегата – 800 (1000) кВт (л.с.).
  

Электродвигатель устанавливается в неотапливаемой закрытой части кузова техники.

Устройство

В конструкцию экскаватора ЭКГ-10 входят поворотная платформа со специальными механизмами, ходовая тележка и рабочее оборудование, состоящее из стрелы с напорным механизмом, ковша, механизма открывания ковша, двуногой стойки и рукояти. Ключевые элементы техники (нижняя рама, корпус противовеса, поворотная рама, корпус стрелы) представляют собой сварные металлоконструкции, в состав которых входят металлические листы и отливки. Основой поворотной платформы является главная рама с двумя площадками по бокам и корпусом противовеса сзади. На поворотной платформе также находятся два редуктора поворота, трансформатор, подъемная лебедка, высоковольтное распределительное устройство и компрессорная установка.

На корпусе противовеса находится 5-машинный преобразовательный агрегат. Внизу под поворотной платформой установлена стреловая лебедка. Механизмы, расположенные на платформе и закрыты кузовом. Благодаря съемным панелям ремонт механизмов, находящихся на платформе, и монтажные работы можно осуществлять предельно просто. В передней части находятся станция управления и кабина машиниста, где сосредоточены контрольная аппаратура и органы управления экскаватором.

Поворотная платформа через опорно-поворотное устройство (зубчатый венец и роликовый круг) устанавливается на ходовую тележку. Поворотная платформа соединяется с тележкой центральной цапфой. На ней также монтируется рабочее оборудование.

В состав ходовой тележки экскаватора входит сварная нижняя рама. К ней с обеих сторон установлены гусеничные рамы с гусеничными цепями и колесами. Ходовой механизм, перемещающий экскаватор, находится на задней стенке.

Тормоза напорного и поворотного механизмов, подъемной лебедки функционируют за счет сжатого воздуха от компрессорной установки. Ходовая тележка имеет гидросистему, регулирующую работу муфт переключения гусениц и тормоза ходового механизма.

Среди конструктивных особенностей экскаватора ЭКГ-10 следует выделить:

• 
  подъем ковша с автоматическим выравниванием усилий;
  
• 
  наличие стрелоподъемной лебедки, существенно облегчающей ремонтно-монтажные работы;
  
• 
  основные механизмы имеют тормоза колодочного типа с пневматическим приводом, предназначенным для растормаживания;
  
• 
  сварно-литой ковш с самозатягивающимся клиновым креплением зубьев. Днище ковша свободно падающее с расставленными петлями, что исключает динамическое соприкосновение с рукоятью;
  
• 
  реечный напорный механизм оборудован цельносварной стрелой коробчатого сечения и двухбалочной рукоятью, что улучшает отработку плохо взорванных и крупнокусовых пород из тяжелых скальных забоев;
  
• 
  вентиляционные установки создают избыточное давление воздуха в кузове;
  
• 
  главные металлоконструкции техники сделаны из легированной стали, рукоять и стрела – из высокопрочной стали;
  
• 
  система автоматической смазки минимизирует расходы на техническое обслуживание;
  
• 
  2-гусеничная ходовая тележка с отдельным приводом для каждой гусеницы. Благодаря тому, что гусеничный ход имеет открытый малоопорный тип, увеличивается доступность данного элемента для ремонта. Встроенные гидроцилиндры обеспечивают натяжение гусеничных лент. На ходовых двигателях используется принудительная вентиляция;
  
• 
  основные механизмы ЭКГ-10 снабжены индивидуальным регулируемым электроприводом.
  

В кабине экскаватора довольно комфортно. Широкий обзор, шумо- и звукоизолированные перегородки, кондиционер, большая площадь салона и обогрев позволяют сократить утомление водителя. Стационарный пульт помогает максимально быстро настроить кресло оператора. Отметим, что у ЭКГ-10 отсутствует коробка передач, потому передвигается техника все время с одной скоростью.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Масса рабочая с ковшом	395 т
Масса основного ковша	16,2 т
Масса противеса	45-50 т
Усилие на блоке ковша наибольшее	100 т
Усилие напорное наибольшее	50 т
Продолжительность цикла	26 с
Вместимость ковша основного	10 куб. м
Длина стрелы	13,86 м
Ход рукояти	4,55 м
Угол наклона стрелы	45 град.
Радиус черпания наибольший	18,4 м
Высота черпания наибольшая	13,5 м
Радиус выгрузки наибольший	16,3 м
Высота выгрузки наибольшая	8,6 м
Радиус черпания на уровне стояния	12,6 м
Просвет под поворотной платформой	2,77 м
Радиус вращения хвостовой части поворотной платформы	7,78 м
Длина гусеничного хода	8,2 м
Среднее удельное давление на грунт при передвижении (1100 мм звенья)	313 кПа
Среднее удельное давление на грунт при передвижении (1400 мм звенья)	216 кПа
Наибольшее усилие на подвеске ковша	980 кН (100 тс)
Расчетная продолжительность цикла на угол 900	26 с
Скорость передвижения по горизонтальной площадке	0,7 км/ч
Напряжение питающей сети (3-х фазная, 50Гц)	6 кВ
Номинальная мощность сетевого двигателя	800 кВт

РАСЧЁТ ПОДЪЁМНОГО И НАПОРНОГО УСИЛИЯ ЭКСКАВАТОРА ЭКГ-10
Усилия в подъемном и напорном механизмах лопаты, соответствующие вертикальному положению подъемного каната ( =90°) и горизонтальному положению рукояти ( =0°), принимают за расчетные при определении мощности двигателя за время копания.

Исходные данные для определения необходимого усилия копания:

• 
  Экскаватор ЭКГ-10;
  
• 
  Категория пород по трудности разработки: вязкие кварциты и базальты – I;
  
• 
  Коэффициент наполнения ковша: К_н = 0,8;
  
• 
  Коэффициент разрыхления: К_р = 1,6;
  
• 
  Удельное сопротивление породы копанию: K_F = 0,29МПа.
  

1) Толщина стружки t определяется как:
t = , м.
где Е - вместимость ковша, м³;

b - ширина ковша, м;

Н_к - высота копания, м;

К_р - коэффициент рыхления

Ширина ковша определяется по эмпирической формуле:
b 1,15 .

b = = 2,63 м.

Тогда


2) Определение необходимого усилия копания:
F₀₁= 1000 K_F b t.
где - K_F удельное сопротивление породы копанию, МПа.

F₀₁ = 1000 0.29 2,63 0,28 = 213,56 кН.

Активное напорное усилие, реализуемое на рукояти ковша, должно при его движении преодолевать нормальную реакцию породы F₀₂, составляющую усилия подъема ковша, направленную вдоль рукояти, а при положении ковша выше оси напорного вала - и составляющие веса ковша с породой и рукояти. Так как работа ковша обычно совершается ниже оси напорного вала, то эти силы способствуют напору, разгружая механизм напора.
F₀₂=(0,5..1) F₀₁=0,75 213,56 =160,16 кН
3) Вес порожнего ковша в кН может быть определен по эмпирической формуле для тяжелых пород:
G¹_к= 1,75 Е g ,кН.

G¹_к= 1,75 12 9,81 = 206,01кН.
4) Вес ковша с подвеской определяется как:
G_под = (0,24-0,27)G¹_к, кН.

G_под = 0,24 171,7 = 49,4 кН.

Тогда

G_к=G_под + G¹_к, кН.\

G_к = 49,4 + 206,01 = 255,41 кН
5) Вес рукояти у карьерных экскаваторов для однобалочной рукояти:
G_р = (0,2-0,5)(G_к + G_под),кН.

G_p = 0,3(255,41 + 49,4) = 94,4 кН.

6) Вес породы:
G_п=

G_п=
Усилие подъема рассчитывается графо-аналитическим методом. Для этого чертится схема в масштабе, прикладываются силы и устанавливаются плечи сил. Для определения усилие подъема составляется уравнение моментов. Плечи сил, действующих во время копания относительно оси седлового подшипника, определяются измерением с учетом масштаба (рис.3). За базовый размер при определении масштаба принять длину стрелы от оси до оси 𝐿_стр = 13,85м. Например, найдем действительное значение плеча L1. Вычертим схему в масштабе, М 1:125. Замерив расстояние плеча, получим 70 мм. Согласно масштабу, в действительности это плечо составит 70×125=8750мм=8,7м. Аналогично рассчитываем остальные плечи.
𝐿1 = 70125= 8750мм = 8,7 м

𝐿2 = 59∙125=7375мм=7,3 м

𝐿3 = 0,009∙125=1,125мм=1,12 м

𝐿4 = 50∙125=6250мм=6,2 м

L5=25125=3,125мм=3,1 м



Рисунок 3-Схема к определению усилий в канатах (масштаб 1:125)

7) Усилие подъема в расчетном положении:
F_п= .

F_п =
8) Усилие напора при условиях =90° и =0°



=194,2 Кн
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
Экскаваторы линейки ЭКГ предназначены для погрузки и разработки полезных ископаемых. За счет наличия большого ковша, машина способна ускорить процесс работы. Основная сфера применения ЭКГ-10 ограничивается горными работами. Машина используется для добычи черной и цветной металлургии, а также в угольной промышленности. Эту технику используют и строительные компании: в промышленном строительстве экскаватор ЭКГ-10 используется для выполнения подготовительных работ (выравнивание поверхности), перевозки материалов.

Конструктивная схема оборудования, разработка которой велась специалистами «КАРТЭКС», позволяет устанавливать ковши разных размеров, в зависимости от свойств разрабатываемых горных пород. Оператор в кабине получает комфортные условия для работы: звуко- и виброизолированные перегородки, широкий обзор, просторное рабочее место, оснащенное обогревом и кондиционером. Кресло настраивается при помощи стационарного пульта.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Карьерный экскаватор – это один из самых востребованных видов техники, когда речь идет о задачах, связанных с большим объемом земельных работ. Поскольку полезные ископаемые до сих пор добываются преимущественно открытым способом, этот вид техники востребован и сегодня.

Именно эта техника влияет на то, с какой скоростью будет продвигаться работа. То есть она отвечает за интенсивность разработки месторождений. А объем и качество добытых полезных ископаемых, в свою очередь, влияют на российскую экономику. Позволяя выполнять поставленные задачи и увеличивать объемы производства

Благодаря проведенному расчёту подъёмного и напорного усилия экскаватора экг-10, нами было установлено, что усилие подъема в расчетном положении составит 790,96 Кн – что соответствует80,6 тоннам нагрузки, а усилие напора составило 194,2 Кн - 19,8 тонн.
Сравнив полученный результат с техническими характеристиками, мы понимаем, что расчёт выполнен, верно.
Согласно полученным данным использование ЭКГ – 10 для добычи и транспортировки вариантной горной породы возможен.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Солод В. И. Горные машины и автоматизированные комплексы : [Учебник для вузов по спец. "Горн. машины и комплексы"] / В. И. Солод, В. И. Зайков, К. М. Первов. - М.: Недра, 1981. - 503 с.
   

2. Подэрни Р. Ю. Горные машины и автоматизированные комплексы для открытых работ [Текст]: [Учебник для вузов по спец. "Горн. машины и комплексы", "Технология и комплекс. механизация открытой разраб. месторождений полез. ископаемых"]. - Москва : Недра, 1979. – 615с.

3. Горные машины и оборудование подземных разработок: учебное пособие к практическим занятиям / А.В. Гилёв, В.Т. Чесноков, В.А. Карепов, Е.Г. Малиновский ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Сибирский Федеральный университет. – Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2014. – 128 с.