Расчет мощьности черпакового двигателя

Мощность двигателя главного привода определяется по форму­ле

 

N=Pб*Vч / 75* η л.с (12)

 

где Рб — окружное усилие на верхнем барабане, кГ;

v_ч — скорость движения цепи по черпаковой раме, м/сек;

η — к. п. д. передачи привода.

Окружное усилие на верхнем барабане определится из выра­жения

P₆=S—P_n

Определим все указанные сопротивления и усилия.

Усилие от веса черпаков, находящихся на раме, и веса породы в них направлено по линии движения цепи и может быть опреде­лено по формуле:

P1 = n'(g₀ + g)sin a, (13)

где n´— количество черпаков, находящихся на раме и 1/4 окруж­ностей обоих барабанов; для нашего случая 33+3 = 36 черпаков;

go — собственный вес черпака в сборе, равный 652 кг;

а — угол наклона черпаковой рамы к горизонту, равный 45°;

g — вес породы в одном черпаке при уд. весе у =1,8, опреде­ляемый из выражения

g = k₁v*γ

g = 1*0,15*1,8 =270 кг.

Подставляя значения, получим

 

Р₁= 36 (652 + 270) *0,707 =23400 кг.

 

 

Сопротивление от трения в подшипниках черпаковых роликов может быть определено по формуле

P2=m*[ω / t*(go+g)+g1]* cos α *d/D*f кг

где m —количество подчерпаковых роликов, равное 14 шт.;

ω — расстояние между центрами черпаковых роликов (1,5 м);

g1 —вес черпакового ролика с валом (240 кг);

d — диаметр шейки вала ролика (80 мм);

D — диаметр ролика (300 мм);

f — коэффициент трения скольжения (при самых тяже­лых условиях работы — отсутствие смазки — изменяется в пределах 0,14—0,26). Примем для наших ус­ловий f= 0,2.

Подставляя значения, получим

р₂ = 14*[1,5/0,712*(652+320)+240]*0,707*80/300*0,2=1210 кг

Сопротивление, возникающее при черпании грунта, может быть определено по формуле

P₃=n'₀*b*h*K, (15)

где п'₀ —количество черпаков, участвующих в черпании грунта, это количество соответствует числу черпаков, находя­щихся на берме уступа забоя, и равно 3,5;

b — щирина захвата грунта черпаком, которая может быть определена из выражения

b=60*v_э/v_m

b =60*0,1/28=0,21м

здесь v_э — скорость передвижения драги по забою, равная

0,1 м/сек;

v_m — скорость движения черпаковой цепи, число черпаков,

проходящих через верхний барабан в минуту, равное 28;

h — высота снимаемого слоя,

 

h=K*V/b*l_ρ

h = 1*0,25/ 0,21*3,0*1,25=0,19м (16)

здесь К — коэффициент или удельное сопротивление грунта реза­нию, который для грунтов IV категории (конгломерат, тяжелый мергель, легкие сланцы, тяжелая глина, тяже­лые суглинки) изменяется от 2 до 3 кГ/см². Примем К=2,8кГ/см².

 

Подставляя значения, получим

Р₃ = n_o´*b*h*K

Р₃=3,5*21 *19*2,8= 3920 кГ.

Сопротивление от трения черпаков о грунт зависит от числа черпаков, соприкасающихся с грунтом. В процессе черпания грун­та черпаки прижаты к берме уступа забоя концом черпаковой ра­мы и нижним черпаковым барабаном.

Влияние этих нагрузок трудно учесть, так как рама и барабан поддерживаются на канатах рамного подвеса.

Приближенно примем, что сила нажатия на черпаки, участву­ющая в черпании грунта, составляет 10% от нагрузок, действую­щих на подвес черпаковой рамы.

Сопротивление определится из формулы

P₄= [n_o´(g₀ + g') + G_H]f₁ (17)

где n'_Q — число черпаков, соприкасающихся с грунтом, 3,5 шт.;

go — вес черпака в сборе, равный'652 кг

g' — вес породы в черпаке,

g'=k*V*γ/2=1*0,15*1800/2=135 кг

 

Двойка в знаменатель введена из тех соображений, что вначале черпания коэффициент наполнения k равен нулю, а в конце пути — единице. Нагрузки, действующие на подвес черпаковой рамы, со­ставляют:

70% веса черпаковой рамы...... 0,7*28,4=19,8т

70% веса черпака................. 0,7*51,8=36,2т

70% веса породы в черпаках.. 0,7*0,27*36= 6,8 Т

70% веса нижнего черпакового барабана.... 4,1 Т

Итого.... 66,9 Т

Отсюда сила нажатия

Gн = 0,1*66 900= 6690 кГ,

fi — коэффициент трения стали о грунт, изменяющийся в пре­делах 0,42—0,49, примем fi = 0,45. Подставляя значения, получим

Р₄= [3,5(652 + 135)+ 6690]*0,45 = 4250 кГ

Натяжение в нижней точке подвеса цепной линии было рассмот­рено и определено выше (Р_т), следовательно

р_{5 =} р_т = 6200 кГ.

Сопротивление от трения в подшипниках нижнего черпакового барабана может быть определено по формуле

P₆=f*(dn/Dn)*R_n

где f— коэффициент трения скольжения (0,2);

d_H — диаметр шейки вала (210 мм)

D_н- -диаметр барабана (1050 мм)

Rн — равнодействующая трех усилий, действующих на бара­бан

 

 

 

1) усилие на верхней поверхности барабана

R´=S-(P₁+P₂)

где S — суммарное вредное сопротивле­ние на верхнем барабане в точке В

а Р₁ и Р₂ были рассмотрены выше;

2) усилие на нижней поверхности барабана

 

R" = Рз + Р₄ + Р₅ (19)

 

3)усилие G' от веса барабана и 2—3
черпаков, лежащих на нем.

Для определения R_H необходимо по­строить многоугольник рассмотренных трех усилий и графическим путем найти R_н. Но, так как величина S неизвестна, то построить многоугольник сил не представ­ляется возможным. Поэтому примем, что Rн = R´+R^´´ исключив при этом усилие от веса барабана и 2—3 черпаков, находя­щихся на нем.

Так как угол между усилиями R' и R" составляет примерно 45°, то, складывая эти усилия арифметически, мы завышаем величину равнодействующей и тем самым компенсируем исключение силы.

В соответствии с изложенным имеем:

Р₆=f*d_н/D_н*R_н=f*d/D[S-(P₁+P₂)+P₃+P₄+P₅]

 

Подставляя значения получим:

 

P₆= 0,2 *210/1050[S- (23400+1210)+3920+4250+6200]=0,04*S- 410

 

Сопротивление в подшипниках верхнего черпакового барабана по аналогии с предыдущим может быть определено следующим об­разом:

Р₇=f''*(d_б/D_б)*R_б

где f" — коэффициент трения скольжения, учитывая, что смаз­ка подшипников верхнего барабана более совершен­на и исключает попадание грязи в них, примем рав­ным 0,1;

d_б —диаметр шейки вала (360 мм);

D _б— диаметр барабана, равный 2t(t —.шаг черпака),

2t=1424 мм;

Rб— равнодействующая трех усилий, действующих на ба­рабан, (слагается из суммарного вредного сопротив­ления на верхней части барабана, равного S; натяже­ния цепной линии Р_n равного 22,4 Т и усилия веса барабана и 2-3 черпаков, находящихся на нем).

Величину R_б можно определить только графическим путем, по­строив многоугольник сил. Поскольку величина S не известна, то построить такой многоугольник не представляется возможным. Примем, как и в предыдущем случае, что Rб = S+P_n- Угол меж­ду усилиями S и Р_п — меньше 45°, и для нашего случая составляет примерно 20—25°. Складывая эти усилия арифметически, мы не­сколько завышаем величину равнодействующей и тем самым ком­пенсируем исключение усилий от веса барабана и 2-3 черпаков, находящихся на нем.

Таким образом, будем иметь

Р₇=f''*(d_б/D_б)*(S+P_n)

Подставляя значения, получим:

P₇ = 0,1 *(360/1424)* (S + 22 400) = 0,025S + 560.

 

Сопротивление цепи перегибу на нижнем черпаковом барабане определяется максимальным натяжением цепи, которое для нижне­го черпакового барабана будет сосредоточено в точке А, так как черпаковая цепь в процессе работы движется вверх. В соответствии с этим будем иметь:

P₈=λ*(δ/D_н))*[S-(P₁+P₂)](21)

где λ — коэффициент сопротивления цепи¹ перегибу (0,4—0,5),
принимаем равной 0,5;,

δ — диаметр черпакового пальца, 100 Мм;

D_н — 1050 мм

Подставляя значения, получим:

P₈= 0,45* (100/1050))* [S — (23400+ 1210)] =0,43S — 1055

Сопротивление цепи перегибу на верхнем черпаковом бараба­не определяется по формуле

P₉=λ*(δ/D_б) (22)

Подставляя значения, будем иметь:

P₉ =0,45*(100/1024)S = 0,032S

Сопротивление от экстренной нагрузки, является дополнитель­ным и возникает в том случае, когда черпак в забое встречает пре­пятствие в виде валуна, сцементированного грунта, старой шахтной крепи и т. п. При очень большом сопротивлении цепь останавли­вается.

Определим величину этого сопротивления или силу нажатия черпака на препятствие, следующим образом. Работа черпаковой цепи при внезапной остановке ее движения вследствие появления неожиданного препятствия может быть определена по формуле, выражающей приращение живых сил

А=(М*υ²_ч)/2-(Μυ_ο²/2) (23)

где М — масса движущихся частей;

υ_ч— скорость движущейся цепи в процессе нормальной

работы;

υ₀ — конечная скорость движения цепи. Конечная скорость движения цепи после встречи непредвиден­ного препятствия и остановки равна нулю, поэтому

А= М*υ_ч²/2

Если эту работу (запас живой силы) разделить на расстояние, на которое драга в момент остановки отталкивается назад или на которое нос понтона всплывает вверх, то получим величину эк­стренной кратковременной нагрузки. Следовательно, величина рас­сматриваемого сопротивления определится из соотношения

М*υ²_ч/2=P₁₀*χ_ο (24)

где Р₁₀ — искомое усилие или сопротивление;

х₀ — расстояние, на которое отодвигается валун или отталки­вается драга.

 

Решая это уравнение относительно Р₁₀, получим:

P₁₀=Μ*υ²_ч/2*χ_ο

Масса движущихся частей по аналогии с работой многоковшо­вых экскаваторов состоит из двух слагаемых

М =G_ц//j+G_н/j

Первое слагаемое включает массу всей цепи с породой, а также нижний и верхний барабаны и подчерпаковые ролики, второе сла­гаемое — массу вращающихся передач между двигателем и при­водным барабаном.

Для многоковшовых экскаваторов принимают G_H = 0,25 Q_ц. Для драг при наличии большого числа передач и значительного их веса примем G_H = 0,5 Q_ц.

Тогда масса будет равна М=1,5G_ц/j

Величина х₀, на основании наблюдений, может быть принята в пределах 0,1—0,3 м.

Вес движущихся частей черпающего устройства определяется следующим выражением:

G_ц = g_ο*n + n'Vγ +(n_ο^'*Vγ)/2+ m*g₁ +G_n+ G₆, (26)

где g₀ — вес черпака в сборе (652 кг);

п —.общее количество черпаков в цепи (76);

п' —количество черпаков, находящихся на черпаковой

раме и наполненных породой (36);

V —емкость черпака (0,15 м³);

γ — вес 1 м³ породы в разрыхленном состоянии (1800 кг);

п'₀ —количество черпаков, участвующих в черпании грунта(3,5);

т —количество подчерпаковых роликов (14);

g1 — вес подчерпакового ролика с валом (240 кг);

G_п —вес нижнего черпакового барабана (4150 кг);

G_ο —вес верхнего черпакового барабана (4475 кг).

Сопротивление, возникающее от экстренной кратковременной нагрузки, определится по формуле

Р₁₀=1,5*(g_οn+ n'*V*γ+0,5*n'_ο*V*γ+m*g₁+G_n+G_б))*v²_ч/2*j*x_ο

Сокращая и подставляя значения f=9,81 м/сек², получим

 

P₁₀=0,076*(g_ο*n+n'*V*y+0,5*n_'ο^'*V*y+m*g₁₊+G_n+G_б)*v²_ч/x_ο

 

Скорость движения черпаковой цепи определим из выражения:

v_ч=n_m*t/60

v_ч=28* 0,712/60=0,33 м/сек

где п_т — скорость черпаковой цепи — число черпаков, проходя­щих через верхний черпаковый барабан в минуту;

t — шаг черпака. Примем х₀ = 0,2 м.

Подставляя значения, получим:

Р₁₀₌0,076* (652*76+36*0,15*1800+0,5*3,5*0,15*1800+14*24+

+4150+4475)*0,33²/0,2=2960кг

Суммарная величина всех вредных сопротивлений на верхнем черпаковом барабане:

S = Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄ + Р₅ + P₆ + Р₇ + Р₈ + Р₉ + Р₁₀ =

= 23 400+ 1210+ 3920+ 4250+ 6200 +(0,04s—410) +

+ (0,025S + 560) + (0,043S — 1055) + 0,032S + 2960.

S = 0,140S+ 41 035; (1—0,140)S = 41035 кГ, откуда

S=41035/0,86=47 700 кГ.

Искомое окружное усилие на верхнем барабане

Р_б=S-P_n

P_б= 47700-22400=25300 кГ

 

 

Мощность двигателя главного привода определится по приве­денной выше формуле

N=P_б*v_ч/75*η

В этой формуле все величины за исключением η известны.

Коэффициент η представляет собой общий коэффициент полез­ного действия всех передач от электродвигателя до приводного ба­рабана черпаковой цепи. В соответствии с кинематической схемой рамоподъемной лебедки и главного привода величина η может быть определена из следующего выражения:

η=η₁*η₂*η₃*η₄*η₅*η₆

где η₁— к. п. д. ременной передачи рамоподъемной лебедки, рав­ный 0,98;

η₂— к. п. д. первой зубчатой передачи рамоподъемной лебед­ки, равный 0,94;

η_3—к.п.д. второй зубчатой передачи рамоподъемной лебедки, равный 0,94

η₄- к.п.д. ременной передачи главного привода, равный 0,98

η₅- к.п.д. первой зубчатой передачи главного привода, равный 0,94

η₆- к.п.д. второй зубчатой передачи главного привода, равный 0,94

Следовательно η=0,98*0,94*0,94*0,98*0,94*0,94=0,76

 

Подставляя значения будем иметь

 

N=25300*0,33/75*0,76= 107 квт

 

Фактически на 150-литровой драге Иркутского завода установ­лен двигатель главного привода мощностью 110 квт. Таким обра­зом, при увеличении скорости черпаковой цепи до 28 черпаков в ми­нуту, т. е. на 27% увеличивать мощность двигателя не потребуется. Аналогичными расчетами переоборудования 150-литровой драги на черпаки 180 л получено N=106 квт.

Одночерпаковые снаряды.

Одночерпаковые дноуглубительные снаряды

На внутренних водных путях применяются одночерпаковые снаряды двух типов: штанговые и грейферные. Они относятся к машинам периодического (циклического) действия. Основным грунтозаборным органом одночерпаковых снарядов является ковш или грейфер.

В цикл одночерпаковых снарядов входят следующие операции: установка ковша (грейфера) над местом погружения в воду; опускание рабочего органа в воду; забор грунта со дна; подъем и поворот рабочего органа в сторону; опорожнение ковша (грейфера); обратный поворот рабочего органа к новому месту забора грунта.

Рис. 7.17. Схема штангового земснаряда:

1 – ковш; 2 – штанга; 3 – обойма; 4 – стрела; 5 – поворотная платформа; 6 – канатная оттяжка; 7 – наклонная стойка; 8 – ванты; 9 – канаты напорной лебедки; 10 – канат подъема ковша; 11 – канат открытия донышка; 12 – носовая закольная свая; 13 – кормовая упорная свая; 14 – гак; 15 – напорная лебедка; 16 – подъемная лебедка; 17 – пост управления; 18 – механизм напорного свайного хода

Земснаряды от производителя здесь!Электрические землесосные снаряды: 60 лет опыта. до 160 м3/ч. Доставка по РФ и СНГ.Узнатьбольшеgmhm.ruЯндекс.Директ

Рис. 7.18. Общий вид штангового земснаряда

Рабочее устройство штангового снаряда (рис. 7.17, 7.18) состоит из грунтозаборного ковша совкового типа, свайного устройства и оперативных лебедок. Черпаковое устройство работает по принципу экскаватора с прямой лопатой.

Основным органом снаряда является ковш, который жестко закреплен на конце штанги, которую еще называют рукоятью ковша. Штанга проходит через обойму в стреле и опирается на специальный подшипник. Она может передвигаться и вращаться с помощью напорного механизма.

Стрела крепится к поворотной платформе, которая установлена на основании, приваренном к палубе снаряда. Между платформой и основанием располагается поворотный круг. Верхний конец стрелы удерживается в рабочем положении с помощью канатной оттяжки, закрепленной на двух наклонных стойках, установленных у бортов на палубе снаряда. Наклонные стойки удерживаются вантами.

На поворотной платформе установлены напорная, подъемная и грузовая лебедки, которые предназначены для изменения вылета штанги, глубины черпания и подъема и опускания ковша.

Изменение вылета штанги и глубины черпания осуществляется напорным механизмом, состоящим из лебедки, системы канатов и блоков, установленных как на штанге, так и на стреле. Запасовка канатов напорного механизма выполнена таким образом, что независимо от положения штанги, канаты всегда остаются натянутыми. Это позволяет при вращении барабана лебедки в одну сторону выдвигать рукоять, а при вращении в другую – возвращать штангу в исходное положение.

Ковш поднимается канатом, один конец которого закреплен на барабане подъемной лебедки, а другой – на ковше. Ковш опорожняется через открывающееся при помощи каната донышко.

Работа штангового снаряда происходит следующим образом. При вращении барабана подъемной лебедки штанга под действием собственного веса поворачивается вокруг горизонтальной оси и занимает вертикальное положение. В этом положении штанга под действием напорного механизма и своего веса опускается до дна, и ковш врезается в грунт. Затем вращением барабана подъемной лебедки выбирается канат, закрепленный на ковше. При этом ковш со штангой поворачивается вокруг оси вращения и заполняется грунтом. Поворот ковша происходит до тех пор, пока штанга не займет горизонтальное положение. Чтобы уменьшить кренящий момент, возникающий от веса ковша с грунтом, осуществляется возвратное перемещение штанги к корпусу снаряда.

Ковш поворотом платформы перемещается к месту его разгрузки в шаланду, зачаленную к борту снаряда, или к месту отвала грунта. Для разгрузки ковша штанга при необходимости может быть выдвинута к месту разгрузки. Для опорожнения ковша его днище открывается, и грунт высыпается из ковша.

Во время грунтозабора штангового земснаряда горизонтальная составляющая реакции грунта передается корпусу снаряда, стремясь сместить его в сторону, противоположенную движению ковша. Эта составляющая достигает большой величины. Поэтому во время работы штанговый снаряд удерживается на месте на двух носовых закольных сваях и одной упорной кормовой сваи.

Перемещение снаряда вдоль прорези к новому месту забора грунта осуществляется при помощи ковша, который с помощью напорного устройства заносят вперед и опускают на дно. Затем поднимают сваи и корпус снаряда подтягивают вперед напорным механизмом штанги. После этого начинается процесс грунтозабора на новом месте.

Иногда кормовую сваю устанавливают на тележке, которая перемещается при помощи ходового устройства вдоль прорези корпуса. В этом случае подача вперед осуществляется посредством штанги и упорной сваи. Перемещение осуществляется путем отталкивания корпуса снаряда от заколотой упорной сваи при помощи ходового устройства тележки. При этом носовые закольные сваи должны быть подняты.

Для перемещения снаряда на значительное расстояние, или для ухода с прорези при пропуске судов используется установленные на палубе оперативные лебедки, канаты которых закреплены на якорях.

Основным достоинством штанговых снарядов является возможность создания больших режущих усилий, а следовательно, способность разрабатывать наиболее прочные грунты.

Существенным достоинством грейферных снарядов (рис. 7.19, 7.20) является возможность разработки ими грунта на большой глубине, не доступной другим земснарядам, а также возможность извлекать крупные камни и другие крупногабаритные предметы.

Все механизмы грейферного снаряда смонтированы на поворотной платформе. Стрела снаряда нижнем концом шарнирно соединена с поворотной платформой, а верхним – с помощью каната закреплена на барабане лебедки. При вращении барабана лебедки верхний конец стрелы в зависимости от направления вращения поднимается или опускается, изменяя вылет стрелы.

Рис. 7.19. Грейферный земснаряд

1 – ковш; 2 трос; 3 – стрела; 4 – поворотный механизм; 5 – лебедка

Рис. 7.20. Общий вид грейферного земснаряда

На верхнем конце стрелы расположены блоки, через которые проходят канаты с подвешенным грейфером. Концы этих канатов закреплены на барабанах двух лебедок, при помощи которых грейфер поднимается или опускается, а также открывается и закрывается.

В отличии от плавучих кранов, предназначенных для перегрузочных работ, грейферные земснаряды оборудованы средствами оперативных перемещений, с помощью которых достигается упорядоченное снятие удаляемого слоя грунта по всей углубляемой площади. Грейферные снаряды также отличаются большей грузоподъемностью лебедок грейфера.

Грейферы, используемые при дноуглубительных работах, обычно бывают двух типов: двухчелюстные и многочелюстные (лепестковые). Двухчелюстные грейферы применяют при работе на легких грунтах, а лепестковые – на тяжелых. В отличие от грейферов для выполнения перегрузочных работ с навалочными грузами, грейферы земснарядов имеют бóльшую вместимость и бóльшую собственную массу.

Процесс извлечения грунта грейферным снарядом происходит следующим образом. Находящийся в открытом состоянии грейфер бросают на дно. Под действием собственного веса грейфер острыми кромками врезается в грунт. Натяжением соответствующего замыкающего каната челюсти грейфера закрываются, отделяя грунт от дна. Заполненный грунтом грейфер поднимают из воды с одновременным поворотом стрелы к месту разгрузке в шаланду или к месту укладки в отвал.

Часовую производительность одночерпаковых снарядов по грунту, м³/ч, определяют по формуле

, (7.4)

где: W – емкость ковша (грейфера), м³;

n_э = 60/t_ц – число рабочих циклов за минуту, (t_ц – время одного цикла).

Производительность отечественных одночерпаковых снарядов составляет от 50 до 120 м³/ч. Предназначены они в основном для разработки глинистых, галечных и каменистых грунтов, сильно засоренных грунтов, а также скалоуборочных работ.

Основной производственной характеристикой земснарядов всех типов является его техническая производительность, т. е. производительность, достигаемая при оптимальных условиях работы.

Производительность земснарядов в конкретных условиях работы на отдельных перекатах может существенно отличаться от технической в результате влияния ряда факторов. Такими факторами являются: род грунта, глубина его извлечения, толщина снимаемого слоя грунта, высота и дальность рефулирования, способ работы земснаряда. Влияние этих факторов на техническую производительность Q_т учитывается в наряд-задании на разработку конкретной прорези введением расчетного коэффициента использования технической производительности К_р для данных условий. Тогда расчетная производительность снарядов, м³/ч, определяется выражением

, (7.5)

Рабочее время земснаряда, ч, указываемое в наряд-задании, определяется делением объема извлекаемого грунта на расчетную производительность:

, (7.6)

где: W_п – объем грунта, подлежащий извлечению на прорези, м³.

Остановки (простои) во время работы земснаряда бывают производственные и периодические. К вспомогательным производственным операциям, требующим временного прекращения работы земснаряда, относятся:

• установка земснаряда на месте работы и сборка его после окончания разработки прорези;
• перекладка станового и боковых якорей;
• переход землесоса с траншеи на траншею;
• переводы плавучего грунтопровода;
• перезаколка свай;
• смена и ожидание грунтоотвозных шаланд.

К периодическим операциям, также требующим остановки работы земснаряда, относят

• смену грунтозаборных и разрыхляющих устройств;
• мелкий профилактический ремонт;
• очистку грунтовых путей при разработке засоренных грунтов;
• прием топлива;
• пропуск транспортных судов.

Для сокращения перерывов в работе земснаряда во время выполнения производственных и периодических операций рекомендуется применять передовые методы их выполнения без прекращения работы или практиковать одновременное выполнение двух-трех операций.

 

Тема 6

Склодробильные снаряды