Расчет одноковшового экскаватора с учетом их рабочих параметров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Политехнический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования

«Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова» в г. Мирном

Кафедра горного дела

Курсовой проект

специализация «Горные машины и оборудование»)

По дисциплине: «Механическое оборудование карьеров»

Выполнил: студент гр. С-ГМ-19

Чусовской В.А.

Проверил: старший преподаватель

Данилова В.Е.

Мирный 2023 г.

Оглавление

Реферат

Введение

1. Исходные данные

2. Мощность напорного механизма прямой механической лопаты ЭКГ-10 (сменный ковш 12,5)

3. Тяговый расчет гусеничного экскаватора

Заключение

Список использованной литературы

Приложение



Реферат

Данная работа содержит: 2 таблицы, 6 рисунков, 19 страниц.

Объекты исследований: ЭКГ-10 сменный ковш 12,5

Цель работы: Произвести расчет одноковшового экскаватора с учетом их рабочих параметров применительно к конкретным горнотехническим условиям.

Ключевые слова: Экскаватор, механическая лопата, подъемный механизм, напорный механизм, тяговое усилие, ковш, стрела, рукоять, канат.

Аннотация: В данном курсовом проекте содержится расчет одноковшового экскаватора типа - ЭКГ-10, включающего в себя - мощность подъемного и напорного механизма прямой механической лопаты, тяговый расчет гусеничного экскаватора, статический расчет.



Введение

Горно-геологические условия большинства месторождения обесславливают применение одноковшовых экскаваторов. При этом наиболее трудоемкими являются вскрышные работы. Использование на вскрышных работах прогрессивных бестранспортных схем экскавации с применением высокопроизводительных машин позволяет перемещать большие массы пород на значительное расстояние с минимальными затратами.

Наибольшее распространение получили системы разработки с использованием экскаваторов - механических лопат, которые могут применяться в самых тяжелых климатических и горно-геологических условиях.

При проектировании горных работ особенно важным является правильный выбор экскаватора и определение загрузки его механизмов при работе в конкретных условиях. Решение этого вопроса позволяет разработать практические мероприятия для повышения производительности машин и улучшения их эксплуатации.



1. Исходные данные

1. Вариант (ЭКГ-10 сменный ковш 12,5)

Категория грунта - I

Суглинок крепкий со щебнем или галькой, глина крепкая и очень крепкая влажная.

Удельное сопротивление копанию, кН/м2, 102 2,2-3,6

Объемная масса, т/м3 1,9-2,2

Коэффициент разрыхления 1,28-1,37

Коэффициент наполнения ковша 0,90

Техническая характеристика карьерного экскаватора ЭКГ-10 приведена в табл. 1.

Таблица 1 Техническая характеристика ЭКГ-10

Показатели	ЭКГ-10
Вместимость ковша, м3:
-основного	10
-сменных	8; 12,5
Угол наклона стрелы, градус	45
Длина стрелы А, м	13,85
Длина рукояти В, м	11,37
Ширина кузова, м	6,512
Высота экскаватора без стрелы Нк, м	14,6
Рабочая скорость передвижения, км/ч	0,42
Скорость подъема ковша, м/с	0,95
Мощность сетевого двигателя, кВт	630
Продолжительность цикла	26
Радиус опорно-поворотного круга Ro, м	2,376
Масса стрелы с напорным механизмом mс, т	62
Масса платформы mпл, т	395

Загрузка приводов основных механизмов экг-10 (сменный ковш 12,5)

Электроприводы главных механизмов одноковшовых экскаваторов работают в повторно - кратковременном режиме с большой частотой включений и торможений, т.е. с резко переменной скоростью. Поэтому целесообразно определить средневзвешенную мощность из выражения

Где - мощности, потребляемые двигателем за отдельные промежутки времени ti в течение цикла; - продолжительность работы механизма за один цикл; n - число операций в цикле, для одноковшового экскаватора n = 3.

Для определения средневзвешенной мощности двигателя необходимо предварительно построить нагрузочные диаграммы механизмов, отражающие зависимости усилий в функции времени P=f(t), и скоростные диаграммы, отражающие зависимость скорости перемещения рабочего органа за эти же отрезки времени V=f(t).

Время, затрачиваемое на операции поворота платформы экскаватора типа прямой механической лопаты с груженым ковшом на разгрузку и возвращение пораженного ковша в забой, составляет 60-70% полного времени цикла работы экскаватора. Поэтому в инженерных расчетах время цикла работы экскаватора. Поэтому в инженерных расчетах время цикла разбивают на три разных периода: копание tk = 1\3 T4; поворот платформы на разгрузку ковша tp = 1\3 T4; поворот платформы с пирожником ковшом в забой t3 = 1\3 T4.

Мощность подъемного механизма прямой механической лопаты ЭКГ-10 (сменный ковш 12,5)

Загрузка привода подъемной лебедки зависит от усилия в подъемном канате и скорости его навивки. В общем случае усилие, возникающее в подъемном канате, может быть определено из уравнения моментов, создаваемых сопротивлением копанию, силами тяжести ковша с породой или без нее и рукояти относительно оси напорного вала (рис. 2.1).



Рис. 2.1. Схема к определению подъемного усилия

1. Масса экскаватора:

mэ= Кэ•Е = 40•12,5 = 500 т.

где Е - объем ковша, м3;

Кэ - выбираем из рекомендуемого диапазона 38-55 т/м3

2. Линейные размеры ковша:

Ширина Bk=1,2•3vЕ=1,2•3v12,5=2,78 м; 2785

Длина Lk=0,77•Bk=0,77•2,78=2,1 м; 2144

Высота Hk=0,75•Bk=0,75•2,78=2,1 м. 2088

3. Масса и вес ковша:

mков = Е • Кк = 12,5 • 1,3 =16,25 т;

Gк=9,81 • mков •103=9,81•16,25•103=1,6•105 Н;

где Кк - объемная масса, т/м3 (Кк =1,3 для средних пород) табл.1 [1]

4. Масса и вес породы в ковше:

mпор = E • г/Kp=12,5 • 1,7/1,1=19,3т;

Gг=9,81• mпор •103=9,81•19,3•103=1,9•105 H;

где г - плотность породы в целике, т/м3 (г =1,5ч1,8) табл. П6 [2]

5. Размер стрелы:

Lс=КLс•3vmэ = 1,9•3v500=15,1м; 15080

где КLс - коэффициент пропорциональности стрелы, (КLс=1,90) табл. П8 [2]

6. Размер рукояти:

Lp= КLр •3vmэ= 1,6 •3v500=12,7м; 12699

КLр - коэффициент пропорциональности рукояти, (КLр=1,7) табл. П8 [2]

7. Масса и вес рукояти:

mpук=Kpyk• mков=0,95•16,25=15,43 т;

где Kpyk - значение коэффициента пропорциональности (Kpyk =0,95) табл. П9 [2]

Gp=9,81• mpук•103=9,81•15,43 •103=1,5•105 Н.

8. Высота напорного вала:

Нн= КLн•3vmэ=1,1•3v500 =8,7 м; 8731

где КLн - коэффициент пропорциональности стрелы (КLн=1,1) табл. П8 [2]

Сопротивление копанию по формуле Н.Г. Домбровского:

Рк= К1•F=0,8•102•1,35=1,08•102 кН

где К1 - удельное сопротивление копанию (табл. 1 [1]), зависящее от своего разрабатываемого грунта, кН\м2*102; F -площадь сечения стружки (м2), F=h*b; h - толщина стружки, м (h=0,5); b - ширина стружки, равная длине режущей кромки ковша, м.

К1 = 0,8•102 кН\м2; F=h•b=0,5•2,7=1,35 м2.

Максимальное значение Pk max имеет место в конце копания при максимальной толщине снимаемой стружки режущей кромкой ковша. Выражая площадь сечения стружки через емкость ковша Е и высоту напорного вала Нн с учетом коэффициента разрыхления породы Кр, имеем:

Pk max= К1 •Е /(Нн •Кр) =0,8•102 12,5/(8,7•1,05)=109,47 кН =

где, E = 12,5 м3; Нн=8,7 м; Кр=1,05.

Сила тяжести груженного ковша:

Gk+г = Gк + Gг ,= 1,6•105+ 1,9•105 =3,5•105 Н

где Gk - собственная сила тяжести ковша; Gг - сила тяжести грунта в ковше.

Gp - сила тяжести рукояти; rk, rк+г, rp,rл - плечи приложения соответствующих сил до оси напорного вала, м; б - угол между подъемным канатом и горизонталью; в - угол между рукоятью и горизонталью.

За номинальное усилие для расчета механических конструкций и определения мощности двигателя в период копания принимают такое, которое соответствует вертикальному положению подъемного каната (б = 900) и горизонтальному положению рукояти (в = 00)

Рис. 2.2. Схема к определению подъемного усилия ЭКГ-10(сменный ковш 12,5)

rk+r=10,886 м; rк=11,958 м; rp=5,269 м; rп=10,886 м.

При нормальных условиях (без перегрузок) двигатель механизма подъема в процессе копания работает на рабочей части механической характеристики, поэтому за расчетную скорость можно принять номинальную (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Типы экскаватора	Скорость основных механизмов экскаватора, м\с
	подъема	напора	тяги	хода
Строительный	0,4 - 0,65	0,4 - 0,75	-	1,3 - 5,0
Карьерный	0,65 - 1,0	0,4 - 0,75	-	07, - 1,5
Вскрышной	1,0 - 1,6	0,4 - 0,75	-	0,2 -0,9
Шагающий (драглайн)	2,0 - 3,5	-	1,4 - 2,3	0,5 - 0,6

Мощность двигателя механизма подъема за период копания:

где з1 - КПД подъемного механизма (0,8 - 0,85), зп =зб зр ; здесь зб - КПД блоков и барабана; зр - КПД редуктор подъемной лебедки.

При повороте платформы с груженным ковшом двигатель механизма подъема, как правило, работает в тормозных режимах (рекуперативном или динамического), ковш поднят на максимальную ил близкую к ней высоту, и частота вращения двигателя может изменяться от нуля до номинальной величины. Поэтому среднюю скорость механизма подъема за время поворота ковша на разгрузку можно принять в пределах (0,1 - 0,3) Vп.ном.

Усилие, возникающее в механизме подъема за время поворота груженого ковша: экскаватор двигатель подъемный лопата

Принимаем б=sin500 =0,7, в=cos200=0,9;

Мощность двигателя механизма подъема за период поворота груженого ковша на разгрузку:



Рис. 2.3. Схема к определению подъемного усилия ЭКГ-10

rk+r=9,793 м; rp=4,209 м; rп=10,563 м; rk=10,443.

Мощность двигателя механизма подъема за период поворота груженого ковша на разгрузку

Если при повороте на разгрузке двигатель может работать как в двигательном, так и в генераторном режиме, то при повороте пораженного ковша в забой схемой управления приводом механизма подъема предусматривается режим ослабления поля возбуждения двигателя, чем достигает увеличение скорости при спуске пораженного ковша, поднятому до пределах вверх:

Мощность подъемного двигателя за период поворота ковша под разгрузку:

Средневзвешенная мощность двигателя подъема за время цикла:

=820кВт



Нагрузочные и скоростные диаграммы механизма подъема в период копания, поворота груженого ковша на разгрузку и проходного в забой предоставлено на (рис 2.4).

Рис. 2.4. Нагрузочная диаграмма механизма подъема в период копания



2. Мощность напорного механизма прямой механической лопаты ЭКГ-10 (сменный ковш 12,5)

Напорное усилие определяется из трех положений ковша: начало копания (положение I), конец копания при полном вылете рукояти (положение II), вынос груженого ковша на полный вылет рукояти при максимальной высоте (положение III).

Напорное усилие может быть определено графически или аналитически. При правильном построении напорное усилие с достаточной точностью определяется графическим методом из построения многоугольника сил (рис 2.5). Для этого строят три положения ковша и рукояти и проводят направление всех сил, действующих на ковше и рукоять. Угол наклона стрелы принимается рабочий. Затем в масштабе строят многоугольник сил, откладывая их значения по направлению действия. Замыкающая R будет являться равнодействующей один напора Sн и реакции седлового подшипника N. Зная их направления (Sн действует вдоль оси рукояти, а N -перпендикулярна ей), строят прямоугольный треугольник, из которого сила R будет гипотенузой, и находят Sн и N.

Рис. 2.5. Схема к определению напорного усилия



Значения подъемного усилия и сопротивления копания принимается максимальная Sп max и Pк max из предыдущего расчета.

Значения сопротивления внедрению режущей кромки ковша и породу принимаются равными:

в I положении: Pн = (0,5-0,8) Pк; Pн = 0,8•=87,57 кН;

во II положении: Pн = (0,4-0,6) Pк; Pн = 0,6•=65,68 кН;

в III положении: Pн = Pк = 0.

Большее значение Pн принимается для более крепких, скальных пород.

Аналитически силу напора можно определить, спроектировав все действующие силы на ось, параллельную рукояти:

в I положении:

SI = (0,5ч0,8) Pк + Sп max cosб1 - (Gk+Gp) =

(0,8) + 679182,3 •cos300 - (1,6*105+1,5*105) = 278276,7 Н

во II положении:

SII = (0,4-0,6)Pк + Sп max •cosбII =

0,6•109,47+ 679182,3 •cos450 = 480320,1 Н

(составляющие и на загрузку напорного механизма влияния не оказывают);

Sп max=1,25• Sп(р)=1,25• 543345,9 = 679182,3 Н

в III положении:

SIII=Sп max•cosбIII = 679182,3•cos300 = 588189,1 Н.

где бI, бII, бIII - угол между рукоятью и подъемным канатом для соответствующего положения ковша; вIII - угол между рукоятью и горизонталью.

Значения углов б и в находятся геометрическим положением.

Для определения нагрузки двигателя напорного механизма в период копания принимаются наибольшее значение напорного усилия (начало и конец копания). При этом скорость перемещения рукояти принимается равной номинальной скорости механизма напора.

Мощность привода механизма напора на начало копания находится из выражения:

NI = (SI•Vп ном/з)•10-3=(278276,7 • 0,45/0,8)•10-3=156,5 кВт;

где зн - КПД механизма напора (0,75-0,85), принимаем Vп ном=0,45 м/с.

При повороте платформы с груженым ковшом на разгрузку двигатель механизма напора в основном работает в тормозном режиме, преодолевая усилия, создаваемые весами груженого ковша и рукояти, а также составляющей усилия подъема. По аналогии с механизмом подъема скорость перемещения рукояти в данном случае может изменяться от нуля до номинальной величины. Среднее значение скорости перемещения рукояти можно принять в пределах (0,1-0,3) Vп ном.

Мощность двигателя механизма напора за время поворота платформы с груженым ковшом:

NII=(SII•(0,1ч0,3)Vп ном/з )•10-3= (480320,1 • 0,3•0,45/0,8)•10-3=81 кВт

где SII- напорное усилие при выносе груженого ковша на разгрузку, принимаем Vп ном=0,45 м/с.

При повороте платформы с порожним ковшом в забой наиболее вероятной нагрузкой для двигателя механизма напора является нагрузка, создаваемая силами тяжести ковша и рукояти при подъеме их из вертикального положения. Мощность двигателя механизма напора за период поворота платформы с порожним ковшом в забой:

NIII=(Gk+Gp)• Vп ном/з) •10-3=(1,6*105 + 1,5•105)•0,45/0,8)•10-3=174,4 кВт

Средневзвешенная мощность двигателя механизма напора за цикл работы:

Nср=(NI• t1 + NII • t2 + NIII • t3)/Т =

(156,5 •8,6+81 •8,7+174,4 •8,7) / 26 = 137,2 кВт.

где t1, t2, t3,T - соответственно время затрачиваемое одну операцию и полное время всего цикла.

Нагрузочные и скоростные диаграммы механизма напора в периоды копания, поворота груженого ковша на разгрузку и порожнего в забой представлены на (рис 2.6).

Рис 2.6. Нагрузочные и скоростные диаграммы механизма напора в периоды копания



3. Тяговый расчет гусеничного экскаватора

Тяговое усилие гусеничного хода затрачивает преодоление внешних и внутренних сопротивлений

где Sт.max - максимальное тяговое усилие на гусеницах; Wвн- внутренне сопротивление ходового механизма (сопротивление в подшипниках катков и роликов, сопротивление изгибу гусеничных лент на ведущих звездочках и.т.д.); G - сила тяжести экскаватора; Wи - сопротивление инерции при трогании с места.

здесь k - коэффициент, учитывающий инерционные сопротивления ротора двигателя и вращающихся частей редуктора хода (для многодвигательных экскаваторов с приводом гусеничных тележек от индивидуальных двигателей постоянного тока k = 2; для однодвигательных экскаваторов k= 1; V1 - скорость хода экскаватора(1 км/ч = 0.28 м/с), м/с; g - ускорение силы тяжести g = 9,81 м\с2; tp - продолжительность разгона, с (принимают tр = 3c); Wп - сопротивление подъема, возникающее при движении экскаватора на подъем:

где б - угол максимального подъема, преодолеваемого экскаватором (у экскаватора ЭКГ-10 угол равен 12 градусов).

Wг - сопротивление перекатыванию гусениц по грунту:

f2 = (0,08 - 0,12) - коэффициент сопротивления, зависящий от характера грунта (большие значения принимаются для более мягкого грунта); Wв - сопротивления движению от встречного ветра ,Wв=gЧF; g - давление ветра на лобовую поверхность экскаватора (принимаются g = 500 Н/м2); F - площадь лобовой поверхности экскаватора (у ЭКГ-10 ширина поворотной части равна 10.8 м, а высота 11.61 м, площадь будет равна 125.4 м2; Wпэв - сопротивление повороту (в расчет не принимают, т.к. при повороте экскаватора его движение прекращается и поворот производится при заторможенной одной из гусениц).



Wв= gЧF = 500 Ч125.4 = 63кН

где f1 - приведенный коэффициент сопротивлений (f1=0,05);

Мощность привода ходового механизма

где Vx - скорость передвижения экскаватора, м\с; hx - КПД ходового механизма (редуктора).



Заключение

Приведенная методика расчета экскаватора и расчета загрузки основных его механизмов позволяет обосновать тип принимаемого выемочно-погрузочного оборудования для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий, произвести построение нагрузочных диаграмм и определить средневзвешенную загрузку приводов механизмов одноковшовых экскаваторов с учетом условий и особенностей их работы.

Таким образом, результаты расчетов свидетельствуют о необходимости разработки мероприятий по улучшению использования, повышению производительности оборудования и совершенствованию его эксплуатации.



Список использованной литературы

1. Страбыкин Н.Н., Чудогашев Е.В., Корякин Б.И. Выбор и расчет одноковшовых экскаваторов: Учеб. пособие. - Иркутск: ИПИ, 1987. - 52 с.

2. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров: Учеб. для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Московского государсвенного горного университета, 2003.-606 с.:ил.

3. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Виницкий К.Е., Мельников Н.Н. и др. Справочник. Открытые горные работы - М.: Горное бюро, 1994. 590 с.: ил.



Приложение

Размещено на Allbest.ru

...