Расчет скоростей и усилий на рабочем оборудовании (экскаватор ЭКГ-12). ЭКГ12. 1. Расчет скоростей и усилий на рабочем оборудовании

• Название: 1. Расчет скоростей и усилий на рабочем оборудовании
• Анкор: Расчет скоростей и усилий на рабочем оборудовании (экскаватор ЭКГ-12
• Дата: 19.04.2022
• Размер: 415.63 Kb.
• Имя файла: ЭКГ12.docx
• Тип: Документы; #484252

Содержание

1. Расчет скоростей и усилий на рабочем оборудовании ........................... 2

1.1 Определение толщины стружки ...............................................................2

1.2. Определение необходимого усилия копания .........................................2

1.3. Определение максимального подъемного усилия ................................2

1.4. Определение максимального напорного усилия ...................................3

1.5. Определение возможных усилий копания и напора при различных

положениях ковша........................................................................................... 4 2.Расчет цикла копания экскаватора по элементам .....................................10

2.1 Разгон перед копанием ..............................................................................10

2.2 Копание ........................................................................................................11

2.3 Подъем груженого ковша ..........................................................................12

2.4 Равновесное состояние и опускание груженого ковша...........................14

2.5 Разгрузка и удержание порожнего ковша .......................................…….14

2.6 Опускание порожнего ковша .....................................................................15

2.7 Время цикла ................................................................................................18

2.8 Среднеквадратичный момент на валу электродвигателей ............ ……18

Список литературы ............................................................................................19

1. 
   Расчет скоростей и усилий на рабочем оборудовании.
   

1. 
   Определение толщины стружки
   

Толщина стружки t определится как

, м (1)

где Е – вместимость ковша экскаватора , м³; b – ширина ковша, м;

Hк - высота копания, м (принимается равной высоте оси напорного вала над уровнем установки экскаватора); Кр=1,15– коэффициент разрыхления.

Ширина ковша экскаватора в м определяется по чертежу или по эмпирической формуле; Кн = 1 – коэффициент наполнения;

2,63 м; (2)

0,39 м.

2. 
   Определение необходимого усилия копания
   

P₀₁ = 1000K_Fbt. кН, (3)

где b – ширина ковша, м; t – толщина стружки, м; KF – удельное сопротивление породы копанию, Мпа.

P₀₁ = 1000*0,22*2,63*0,39 = 225,65 кН.
1.3 Определение максимального подъемного усилия

Максимальное подъемное усилие определяется исходя из суммарного

стопорного (максимального) момента всех двигателей подъемной лебедки.

Стопорный момент двигателя задается его механической характеристикой.

Стопорный момент можно определить как:

кНм, (4)
где N – номинальная суммарная мощность всех электродвигателей

подъемной лебедки, кВт; n – номинальная частота вращения , с^–1;

K – отношение М_СТ/М_Н(К = 2,2 - 2,4); Nл = 150 кВт,

28,10 кНм.

Максимальное подъемное усилие

(5)

где Dб– диаметр барабана подъемной лебедки, м; Dб(28-30)*dк;

i– общее передаточное число зубчатых передач лебедки (от электродвигателя до барабана) и подвески ковша; dк –диаметр каната; ηоб - общий КПД

подъемного механизма.

η_об = η₁*η₂*η_3, (6)

η₁ = КПД зубчатых передач(η₁ = 0,97);

η₂ = КПД блоков(η₂ = 0,97);

η₃ = КПД барабана(η₃ = 0,97).

η_об = η₁*η₂*η₃ = 0,97*0,97*0,97 = 0,91.

D_б = 30*52 = 1560 мм = 1,56 м
713 кН.
1.4 Определение максимального напорного усилия
Максимальное напорное усилие определяется исходя из стопорного момента двигателей напора.

(7)

где – стопорный момент электродвигателей напора в кНм, определяемый по

формуле (1); – диаметр начальной окружности кремальерной шестерни при

реечном напоре, или диаметр барабана напорной лебедки при канатном

напоре, м; i – передаточное число (от двигателя до напорного вала, или

барабана напорной лебедки); ηоб - общий КПД напорного механизма

dб(28-30)dн,

где – диаметр напорного каната, мм.
1.5 Определение возможных усилий копания и напора

при различных положениях ковша
Положение I.Начало копания. Ковш пустой. Зуб ковша на вертикали,

проходящей через ось напора.

Полагая получим величину реакции грунта, равную возможному усилию копания в данном положении:

(8)

где - горизонтальная составляющая реакции грунта, кН;

- вертикальная составляющая реакции грунта, кН;

- вес ковша с подвеской, кН;

- вес рукояти, кН;

- плечи сил относительно оси напорного вала, которые определяются графически (см. рис.1), м, (Замеряются на чертеже, вычерченном в масштабе).

Вес порожнего ковша в кН может быть определен по эмпирическим формулам:

для легких пород (I,II, III группы); (9)

где - вместимость ковша в м³.

Вес подвески определится как

(10)

Вес рукояти у карьерных экскаваторов

- для двухбалочной рукояти;

- для однобалочной рукояти.

Для вскрышных экскаваторов

- для однобалочной рукояти;

= 12*14 = 168 кН

= 0,25*168 = 42 кН

= 168 + 42 = 210 кН

= 3,82 м

= 1,03 м

= 10,17 м

= 0,27 м

= 0,5*(168 + 42) = 105 кН

282 кН.

0,2*282 = 56 кН

894 кН

Усилие напора и реакция седлового подшипника определяются графически из многоугольника сил.

= 1067 кН

= 14,1 кН.

Положение II. Рукоять наклонена под углом 45° к горизонту. Ковш заполнен наполовину. Рукоять на наибольшем вылете. Полагая и , где
- вес породы в ковше при полном его заполнении, получим

(11)

Значения определяются графически, а значения и - из многоугольника сил.

Рассчитывается результирующая сопротивления копанию P0.

Вес породы в ковше, кН:

(12)

где g - ускорение свободного падения, м/с²; γ - плотность породы в

неразрыхленном состоянии (в массиве), т/м³ ; Кн - коэффициент наполнения

ковша; Кр - коэффициент разрыхления.

174 кН

174 + 0,5*168 = 258 кН

= 7,84 м

= 7,93 м

= 3,37 м

= 11,75 м

297 кН.

0,2*297 = 59 кН

303 кН

Усилие напора: = 492 кН

Реакция седлового подшипника: = 41 кН.
Положение III.Ковш с грунтом на наибольшем вылете. Ковш заполнен

полностью. Приняв , из уравнения моментов имеем

(13)

= 10,12 м

= 12,41 м

= 14,28 м

= 11,75 м

75 + 91 = 166 кН

236 кН

236 кН

Усилие напора: = 252 кН

Реакция седлового подшипника: = 0 кН.
Положение IV. Рукоять на полном вылете. Груженый ковш поднят на наибольшую высоту.

Возможное усилие резания в этом случае

(14)

Так как практически в IV положении копание прекращается , то необходимо определить усилие подъема, достаточное для удержания ковша с грунтом в этом положении:

(15)

Усилие пассивного напора и реакция седлового подшипника определяются из многоугольника сил для IV положения.

= 9,56 м

= 11,29 м

= 4,81 м

= 14,29 м
279 кН

276 кН

Усилие напора: = 690 кН

Реакция седлового подшипника: = 47 кН.
Положение V. Подъемный канат вертикален. Ковш загружен полностью. Зубья ковша на уровне напорного вала. В этом случае и .

Возможное усилие копания

(16)

Реакция седлового подшипника

(17)
= 7,48 м

= 8,22 м
= 3,42 м

= 10,15 м

320 кН

713 – 320 – 210 – 105 = 78 кН
Вывод
Подъемное усилие, развиваемое лебедкой, обеспечивает необходимые

усилия во всех положениях ковша.

В первом положении ковша толщина стружки может достигать

0,49 м

Во втором положении ковша толщина стружки может достигать

0,51м

В третьем положении ковша толщина стружки может достигать

0,41м

В четвертом положении ковша толщина стружки может достигать 0,48м

В пятом положении ковша толщина стружки может достигать 0,55м

2. 
   Расчет цикла копания экскаватора по элементам.
   

Расчет времени рабочего цикла экскаватора ведется в соответствии с

моментами, развиваемыми двигателями подъемной лебедки при выполнении

отдельных операций цикла и имеет цель установить его продолжительность

и загрузку двигателей.
2.1 Разгон перед копанием.

Средний ускоряющий момент на валу электродвигателей

, (18)

где - коэффициент заполнения механической характеристики, а - стопорный момент электродвигателей подъемной лебедки (Н^.м).

Время разгона до скорости копания

(19)

где – общий маховой момент лебедки и ее электродвигателей;

(20)

где -маховой момент якоря электродвигателей;

- ускорение силы тяжести;

– момент инерции якоря электродвигателя (при двух или более приводных электродвигателях значение увеличивается в соответствующее число раз).



- частота вращения якоря электродвигателя при копании, об/мин.

(21)

Поскольку а и , то можно записать

Подставляя
и , окончательно имеем

(22)

где - суммарный стопорный момент электродвигателей подъемной лебедки, Н^.м;

– суммарный момент инерции якорей электродвигателей и вращающихся частей лебедки, кг^.м²;

– номинальная частота вращения электродвигателя, с^-1;

(при двух двигателях ).

0,10 с.

2. Копание

Момент на валу электродвигателя при копании

(23)

Скорость каната при копании

(24)

где - диаметр барабана подъемной лебедки, м;

– передаточное число от электродвигателя до барабана лебедки;

– частота вращения двигателя, с^-1;

1,83 м/с

Время копания

(25)

где - высота копания, которая может быть принята равной высоте напорного вала.

4,84 с

Время копания можно также определить по формуле

(26)

где - уменьшение длины подъемного каната с момента начала копания (положение I) до момента выхода ковша из забоя (положение III). Эта величина определяется графически из схемы;

– толщина стружки, м.

2. Подъем груженого ковша

Момент на валу электродвигателей при подъеме ковша

(27)

где - вес груженого ковша (с подвеской), кН;

- вес рукояти, кН;

- общий КПД механизма подъема.

12,2 кНм

Скорость подъема ковша

(28)

где - частота вращения вала двигателя при подъеме, с^-1.

1,83 м/с

Средняя скорость при торможении в конце подъема

(29)

0,92м/с

Время торможения в конце подъема (с загруженным ковшом)

(30)

где

0,03 с

Путь, пройденный ковшом за время торможения:

0,92*0,03 = 0,03 м

Высота подъема ковша после окончания копания

где - наибольшая высота копания экскаватора.

15 – 8,86 = 6,14 м

Путь, пройденный ковшом за время равномерного подъема:



6,14 – 0,03 = 6,11 м

Время равномерного подъема ковша:

(31)

6,64 с.

2.4. Равновесное состояние и опускание груженого ковша

Удержание груженого ковша и его спуск происходят во время поворота на выгрузку, поэтому можно принять время удержания ковша

(32)

где , где - полное время цикла, с.

14,5 – 0,03 – 6,64 = 7,83 с

Момент на валу электродвигателей при этом будет



11,1 кНм.

2.5 Разгрузка и удержание порожнего ковша

Момент на валу электродвигателей во время разгрузки

(33)

где - момент при удержании порожнего ковша

(34)

7,0 кНм.

9,05 кНм

Время разгрузки:

t_р = 3с.

6. Опускание порожнего ковша

При спуске порожнего ковша происходит разгон электродвигателей до номинальной частоты вращения . При этом момент на валу электродвигателей

(35)

0,87*7030 + 7000 = 13116 Нм

Время разгона

(36)

0,05 с.

Средняя скорость спуска ковша при разгоне до номинальной частоты вращения

(37)

0,91 м/с

Путь, пройденный за время разгона до номинальной частоты вращения:

(38)

0,91*0,05 = 0,05 м.

После достижения номинальной частоты вращения ускоряющий момент электродвигателей определится как

(39)

где – ускоряющий момент электродвигателей при ослаблении поля возбуждения, действующий при разгоне от до

0,3*7030 + 7000 = 9109 Нм

Время разгона от до

(40)

0,02 с

Средняя скорость ковша при разгоне с ослабленным полем

(41)

0,27 м/с

Путь, пройденный ковшом при разгоне с ослабленным полем:

(42)

0,27*0,02 = 0,01 м.

Момент на валу электродвигателей в конце спуска = 6116 Нм

Скорость при начале торможения при опускании

(43)

1,19 м/с

Время торможения при опускании ковша

(44)

0,14с.

Путь, пройденный ковшом во время торможения:

(45)

0,5*1,19*0,14 = 0,08 м.

Момент при установившемся режиме движения при спуске ковша

7000 Нм.

Скорость опускания при установившемся режиме

(46)

1,19 м/с.

Путь ковша при установившемся движении

(47)

15 – (0,05 + 0,01 + 0,08) = 14,86 м

Время установившегося движения при опускании ковша

(48)

24,97 с.

2.7. Время цикла

0,1 + 4,84 + 0,03 + 6,64 + 7,83 + 3 + 0,05 + 0,02 + 0,14 + 24,97 = 47,55 с

2.8. Среднеквадратичный момент на валу электродвигателей

(49)

где определяется на основании ранее приведенных расчетов.

= 6116²*0,1 +5273²*4,84 +12200²*0,03 + 6116²*6,64 + 11100²*7,83 + + 9050²*3 + 13116²*0,05+9109²*0,02 + 6116²*0,14 + 7000²*24,97 =2840621408

7729 Нм = 7,73 кНм.

Литература

Механическое оборудование карьеров. Составители: Б. А. Катанов, М. К. Хуснутдинов - Кемерово: Кузбас. гос. техн. ун-т, 2007. – 25 с.