Определение мощности двигателя и выбор базовой машины

Для машин с ротационными рабочими органами всех типов суммарная мощность для привода определяется по формуле (кВт):

Ν ^/ = Ν _po+ Ν _пер+ N _Д,(2.21)

где Ν _po, Ν _пер, N _Д– соответственно мощности на привод ротацион­ного рабочего органа, перемещение машины, привод дополнительных устройств.

Для рабочих органов типов I, II, III и IV (кВт)

(2.22)

где N _K, N _P, N _TP, N _П – соответственно мощность на копание грунта; разгон грунта до скорости вращения ротационного рабочего органа, включая мощность на перемещение грунта рабочим органом; трение грунта по поверхности забоя и откосов канала; подъем грунта;

η _PO – КПД привода рабочего органа (ротора, фрезы), η _PO = 0,75÷0,85;

η _P – КПД рабочего органа, η _P = 0,7÷0,8.

Мощность (кВт) на копание грунта с толщиной стружки δ (подачей на 1 нож) более 0,03 м определяют по формуле:

(2.23)

где П _т – техническая производительность, м³/ч;

k ₁ – коэффициент удельного сопротивления копанию грунта, кПа (табл. П2);

Для фрез типа I, IV принимают большие значения k ₁(без обрушения грунта); для фрез типа II и роторов ти­па III — меньшие (с обрушением грунта).

Мощность (кВт) на копание грунта с толщиной стружки δ (подача на 1 нож) менее 0,03м (резание тон­кими стружками) вычисляют по формуле:

, (2.24)

где i _ф – число фрез;

N^/ _к – мощность на непосредственную разработ­ку грунта фрезой;

N^// _к – мощность на измельчение обрушившегося грунта.

Для одной фрезы типов I, II, III, IV мощность (кВт) на непосредственную разработку грунта фрезой равна:

, (2.25)

где k _Г, k _ψ, k _B, k _α– безразмерные коэффициенты, учитывающие соот­ветственно плотность грунта, угол резания, ширину ножа, угол за­хвата;

k ^/₁– удельное сопротивление грунта резанию (кПа) при тол­щине стружки δ ₁ = 0,01 м, ширине ножа b _НОЖ = 0,1 м, угле резания ψ = 30°, угле захвата α = 90° (коэффициент k^/ ₁принимают в зависимо­сти от числа ударов плотномера ДОРНИИ – С _уд);

b _НОЖ – ширина ножа, м;

r _ф – радиус фрезы, м;

v _к – скорость каналокопателя, м/с;

ε – показатель степени (для минеральных грунтов ε = 0,4, для торфяни­ков ε = 0,33);

δ ₁ – толщина стружки, равная 0,01 м;

z _H – число но­жей;

v _OKP – окружная скорость, м/с;

Н _к – глубина канала, м;

α _к – угол наклона откоса к горизонту.

Коэффициенты k _Г, k _ψ, k _B, k _α, k ^/₁приведены в таблице 2.1 (для больших значений С _уд можно применять линейную экстраполяцию).

Т а б л и ц а 2.1

Значение коэффициентов для определения мощности N^/ _K

 

С уд	k/ 1, кПа	k Г	ψ град	k ψ	b НОЖ м	k B	α, град	k α
		0,286		1,00	0,090	1,035		0,79
		0,57		1,04	0,100	1,000		0,68
		1,00		1,10	0,135	0,920		0,70
		1,23		1,20	0,180	0,890		1,00
		1,40		1,85	-	-	-	-
		1,70	-	-	-	-	-	-
		1,90		2,6	-	-	-	-
		2,90	-	-	-	-	-	-

 

Для рабочих органов типа II, III, работающих с обру­шением грунта:

(2.26)

где S _К, S _Р – соответственно площадь, непосредственно разрабаты­ваемая фрезами [см. формулы (2.2) и (2.30)];

∆ – коэффициент, ха­рактеризующий снижение удельного сопротивления копанию после обрушения;

∆' – коэффициент, определяющий часть грунта, которая после обрушения подвергается переработке; ∆∆' = 0,65; 0,56; 0,51; 0,49; 0,47; соответственно для заложения откосов сtgα _к = 0,6; 0,75; 1; 1,25; 1,5.

Для рабочих органов типа I, IV N ^//_K = 0.

Мощность (кВт) на разгон грунта:

(2.27)

где П _т – техническая производительность, м³/ч;

ρ – плотность грун­та, кг/м³ (табл. П1);

v _OKP – окружная скорость ротационного рабочего органа, м/с.

Мощность (кВт) на подъем грунта:

(2.28)

где γ _г – удельный вес грунта, Н/м³ (табл. П1);

h _ср – средняя высота подъема грунта, м:

(2.29)

где S _Р – площадь поперечного сечения канала, разрабатываемая не­посредственно рабочим органом, м²;

S _К – площадь сечения прокла­дываемого канала, м² (см. формулу (2.2)):

(2.30)

где b _р – ширина ротора, м (см. формулу 2.3), для фрез при­нимают b _р = b _НОЖ.

Для рабочего органа типа IV

(2.31)

Для типа I S _Р = S _K.

Мощность на преодоление сил трения грунта по по­верхности забоя и откосов канала:

(2.32)

где N^/ _TP – мощность на трение грунта по поверхности забоя, (кВт):

(2.33)

N^// _TP – мощность на трение грунта по поверхности откоса, (кВт):

, (2.34)

где – удельный вес грунта в естественном состоянии, Н/м³ (табл. П1);

f _г – коэффициент трения грунта по грунту (табл. П1);

r ₀ – радиус ротора по лопаткам, м;

П _т – техническая производитель­ность, м³/ч;

– угловая скорость, с^-1;

R ₀ – расстояние от центра фрезы до центра тяжести ссыпки, м (площадь треугольника АВС – S ^/_л); определяется графически как расстояние от точки О до центра тяжести ∆ АВС по чертежу (см. рис. 2.6) или приближенно:

. (2.35)

а'= , (см. формулы 2.2 и 2.30);

– угол контакта ротора (фрезы) с грунтом, рад или град (см. рис. 2.6):

α _кон = arcsin [(H _к/ sinα _k – r _p)/ r _p] + 90^о. (2.36)

g – ускорение свободного падения, м/с²;

α _к – угол наклона откоса к горизонту, град или рад.

Для ротационных рабочих органов типа III

N^/ _TP = 0. (2.37)

Для фрез типа II, IV

N^// _TP = 0. (2.38)

По мощности на привод рабочего органа N _PO (форму­ла 2.22) предварительно подбирают (табл. П3, П4) мощность двигателя базовой машины N^/ _ДВс коэффициентом запаса k _ЗАП = 1,2÷1,4.

N^/ _ДВ = k _ЗАП ·N _PO. (2.39)

По характеристике трак­тора уточняют мощность двигателя и рабочую скорость машины [формула (2.7)] по скорости движения трактора на первой передаче (табл. П3, П4). Скорость трактора v _т принимают наибо­лее близко к расчетной. При несоответствии скорости трактора v _т с расчетной v_к определяют передаточное число ходоуменьшителя, обеспечивающего расчетные по­ступательные скорости машины:

i _xy = υ _Т / υ _К. (2.40)

После предварительного выбора трактора вычисляют тяговые сопротивления и делают тяговый расчет (см. п. 1.5).

Мощность на перемещение машины в рабочем положении (в забое) определяется по формуле (кВт):

N _ПЕР = , (2.41)

где F ^/ – суммарное тяговое сопротивление, Н (см. формулу 2.52);

v_к – скорость машины, м/с;

– КПД механизмов ходовой части базовой машины, ( = 0,7÷0,8).

Мощность дополнительных механизмов (подъ­ем рабочего органа и др.) (кВт):

N _Д = 0,05 ÷ 0,07(N _P0 + N _пер). (2.42)

Мощность на буксование и на преодоление сил инер­ции при разгоне учитывают коэффициентом запаса k _ЗАП (формула 2.39).

Мощность двигателя базовой машины проверяют по формуле:

, (2.43)

где k _ДВ – коэффициент запаса мощности двигателя машины;

N^/ – суммарная мощность привода (формула 2.21).

 

Рис. 2.7 Схема к расчету фрезы с осью вращения, параллельной направлению движения ма­шины и оси канала (тип V): а – расположение рабочего органа в поперечном се­чении канала; б – то же, в продольном сечении; в – развертка вырезаемой стружки

 

Суммарную мощность машины с ротационным рабо­чим органом типов V и VI вычисляют по формуле (2.21).

Мощность (кВт) привода фрез типов V и VI равна:

(2.44)

где N _К, N _Р, N _Л, N _ТР, N _П – соответственно мощность на фрезерование (копание грунта), отбрасывание (разгон грунта), трение грунта о лопатку, трение грунта о кожух, подъем грунта, (кВт);

η _Р0 – КПД рабочего органа (η _РО = 0,75÷0,85);

η _Р – КПД фрезы (η _Р = 0,7÷0,8).

N _К = , (2.45)

где δ _н – толщина наносов, м (рис. 2.7);

k ₁– коэффициент, удельного сопротивления копанию (табл. П2).

При толщине стружки δ < 0,03 м (тонкая стружка) k ₁ (кПа) подсчитывают по формуле:

, (2.46)

где δ ₁ = 0,01 м;

ε – показатель степени, 0,4 – для минеральных грунтов и 0,33 – для торфяников;

k ₁^/ – определяют по табл. 2.1;

l _Д – длина дуги контакта рабочего органа с грунтом, м;

v _K – рабочая скорость машины, м/с;

r _ф – радиус фрезы, м;

α _KOН – угол контакта рабочего органа с грунтом, град.

_, (2.47)

где m – масса грунта, отбрасываемого в единицу времени, кг/с;

П _т – техническая производительность, м³/ч;

ρ – плотность грунта, кг/м³;

v _ОКР – окружная скорость, м/с (v _OKP = 2 πr _Ф v _К/ δz _Н).

(2.48)

где α _л – поправочный коэффициент, учитывающий путь движения частицы грунта по лопатке, α _л = 0,4÷0,6;

v _г – относительная ско­рость движения грунта на конце лопатки, м/с. При отклонении ло­патки назад или вперед от радиуса вместо v _r ставится соответствен­но v _r = ± r ₁ ω; r ₁ = (0,7÷0,85) r _Ф.

Приближенно

v _г = (0,7÷0,85) v _OKP. (2.49)

Для рабочего органа типа V:

, (2.50)

где ε _о – коэффициент, учитывающий расположение центра тяжести объема грунта на лопасти, ε_о = 0,7÷0,85;

ε ₁ – коэффициент, учитыва­ющий концентрацию частиц внутри кожуха, ε ₁ = 0,3÷0,5;

α _B – угол, соответствующий дуге внутренней поверхности кожуха, где происходит трение, , рад, определяется графически (рис. 2.7).

Для рабочего органа типа VI N _TP = 0 (кожух отсутст­вует).

, (2.51)

где h _CP– средняя высота подъема, ;

h _о – высота геометрического центра тяжести (точка A, рис. 2.7) площади поперечного сечения выходного отверстия направляющего раструба кожуха, м; (приближенно) высота центра тяжести вырезаемого сечения грунта, м.

Мощности N _ПЕР и N _д определяют по формулам (2.41) и (2.42). Базовый трактор подбирают по мощности двигате­ля N^/ _ДВ, определяемой по формуле (2.39).

2.5 Определение тяговых сопротивлений и тяговый рас­чет в рабочем положении

Для машин с ротационными рабочими органами типов II, III суммарное тяговое со­противление подсчитывают по формуле, (Н):

(2.52)

где F _Г ^/ – сопротивление перемещению базовой машины;

F^/ _PO – сопро­тивление перемещению ротационного рабочего органа;

F _о – сопро­тивление движению зачистного отвала;

F^/ _Б – сопротивление движе­нию бермообразователей;

F^/ _З – сопротивление перемещению задней опоры.

(2.53)

При , а можно пользоваться при­ближенной формулой, Н

, (2.54)

где G _T – вес базовой машины (трактора), H (табл. П3, П4);

F _A – вер­тикальная нагрузка от рабочего органа, приходящаяся на базовую машину, Н (рис. 2.8);

f _м – коэффициент сопротивления движению базовой машины (табл. П7);

α _у – угол уклона поверхности грунта относительно продольной оси канала, (, ).

(2.55)

где G _но – вес навесного оборудования с рабочим органом, Н (для типов II и III G _но= (0,4÷0,6) G _T; для типов I, IV, V, VI G _но= (0,2÷0,24) G _T); R _н – суммарная радиальная составляющая сил сопро­тивления копанию грунта роторами (фрезами), Н:

, (2.56)

R _к – суммарная касательная составляющая сил сопротивления копанию грунта роторами (фрезами), Н:

(2.57)

 

 

Рис. 2.8 Схема действующих сил к тяговому расчету машин с рота­ционными рабочими органами II и III типа

 

где Т – вращающий момент от сил резания грунта роторами, Н∙м;

d _P – диаметр ротора (фрезы), м.

(2.58)

где v _OKP – окружная скорость, м/с;

N _ро – мощность привода (опре­деляется по формуле 2.22), кВт;

α _Р – центральный угол, соответст­вующий точке А ' приложения реакций R _н и R _К, град (рис. 2.8). Одно из крайних значений α _р можно определить из условия прило­жения равнодействующей сил копания к фрезе (ротору) на расстоянии – от поверхности грунта. Тогда

(2.59)

Рекомендуется принимать в пределах:

(2.60)

где ; – угол контакта фрезы (ротора) с забоем, рав­ный

(2.61)

– вертикальная составляющая сил сопротивления копанию зачистным отвалом, Н:

, (2.62)

где R _ОГ – горизонтальная составляющая сил сопротивления копанию зачистным отвалом, Н.

(2.63)

где k ₁ – коэффициент удельного сопротивления копанию, кПа, (табл. П2);

R ₂ – вертикальная составляющая суммарной реакции грунта на заднюю опору, Н. Определяют из уравнения моментов сил относительно точки А (рис. 2.8).

(2.64)

где , , , – действующие силы, Н;

r _P – радиус ротора, м;

l ₁, l ₂, l ₃, l, h _о, h _Б, h _A – плечи действующих сил, м (определяют по чертежу общего вида каналокопателя, при отсутствии чертежа для приближенных расчетов можно воспользоваться ориентировочными соотношениями):

l = 2 d _p; l ₁ = 1,3 d _p; l ₂ = d _p; l ₃ = 1,9 d _p; h _о = 0,33 H_K; h _A = H_K + h _Г; h _Б = 0,3 h _A;

h _Г – высота гусеницы трактора, м (h _Г = 0,8÷1,2).

Сопротивление движению бермообразователей (см. формулу 2.52):

где R _Б – сопротивление копанию одним бермообразователем, Н:

(2.65)

где – угол захвата, град, = 20÷30°;

j _Г – угол естественного от­коса, град (табл. П1);

ε^/ – угол отклонения линии выноса грунта на вершину отвала (кавальера), град, ;

G _ПР – вес призмы волочения, Н, ;

– удельный вес грунта в есте­ственном состоянии, Н/м³;

V _ПР – объем призмы волочения, м³:

(2.66)

где – ширина откоса кавальера, м, ;

– высота кавальера, м:

где – площадь сечения разрабатываемого канала, м²;

– коэф­фициент разрыхления грунта (см. табл. П1);

– толщина срезаемого слоя, м, ( – ширина бермы, м, равная 0,5÷0,7 м). Остальные сопротивления, составляющие суммарное тяговое сопро­тивление (, формула 2.52), определяют по формулам:

сопротивление перемещению ротационного рабочего органа

(2.67)

сопротивление движению зачистного отвала

; (2.68)

сопротивление движению задней опоры

, (2.69)

где f _м – коэффициент сопротивления передвижению задней опоры (табл. П6).

Возможность передвижения базовой машины в рабо­чем положении проверяют по условию сцепления с грун­том и крюковому усилию по формуле

, (2.69)

где – сцепной вес машины, Н:

на гусеничном ходу

на колесном ходу

где l _БК – база колесного трактора;

G _Т, G _НО – силы тяжести базовой машины и навесного оборудования, Н; – плечи соответст­вующих сил относительно оси задних колес, м;

∑R^//_B – вертикальная составляющая реакции ∑R_B в плоскости перпендикулярной оси канала рис. 2.9, Н:

∑R^// _B = ∑R _B∙ sinα _к, (2.70)

 

Рис. 2.9 Схемы реакций грунта действующих на ротационные рабо­чие органы: а – однофрезерные рабочие органы типа I; б – двухроторные, двухфрезерные рабочие органы типов II, III; в – однофрезерные рабочие органы типа IV; г – фрезерные рабочие органы каналоочистителей типа V

 

где ∑R _B – вертикальная составляющая силы ∑R в плоскости фрезы (откоса) рис. 2.9, Н:

∑R _B = ∑R∙sin (α _p – β ^/), (2.71)

где ∑R – суммарная реакция грунта на рабочий орган типа I, II, III, IV, Н:

(2.72)

α _p – см. формулу 2.59;

β ^/ – угол рис. 2.9, равный:

, → β ^/ = arc tgβ ^/, (2.73)

где ∑R _к и ∑R _н определяют по формулам (2.56) и (2.57);

– коэффициент сцепления ходовой части базовой машины с грунтом (см. табл. П6);

– коэффициент сопротивления передвижению базовой машины (табл. П6);

, ( – угол уклона, град, = 6°);

– макси­мальное усилие на крюке (свободное тяговое усилие) машины во время работы (см. усилие на первой передаче* табл. П3, П4).

В случае невыполнения условия (2.69) подбирают дру­гую базовую машину и делают перерасчет.

Для ротационных рабочих органов ти­па I, IV суммарное тяговое сопротивление (Н) опреде­ляют по формуле:

, (2.74)

где сопротивления и вычисляют аналогично методике опре­деления этих составляющих для ротационных рабочих органов типов II и III (см. формулы 2.53÷2.67).

Суммарное тяговое сопротивление для рота­ционных рабочих органов типов V и VI находят по формуле

(2.75)

где – сопротивление перемещению машины на колесном или гусеничном ходу, Н;

– сопротивление перемещению рабочего орга­на, Н;

– сопротивление от трения поверхности кожуха рабоче­го органа о грунт, Н;

– сопротивление резанию грунта перед­ним краем кожуха, Н;

– сопротивление копанию грунта боко­выми открылками кожуха, вырезающими часть сечения наносов, Н.

Ниже приводятся формулы для определения этих со­противлений.

При рабочем перемещении ротора принимают, что по­ловина веса навесного оборудования приходится на грунт, тогда:

, (2.76)

где – сила тяжести базовой машины (табл. П3 и П4);

– сила тяжести узлов навесного оборудования (см. формулу 2.55).

, ( 2.77 )

где – число ножей-лопаток, находящихся в забое;

– сопро­тивление перемещению при копании грунта одним ножом-лопаткой, Н:

( 2.78 )

где – коэффициент удельного сопротивления копанию грунта (см. табл. 2.1, формула 2.46);

– толщина слоя наносов, м;

– подача на один нож, м, формула 2.8;

– угол подачи ножа-ло­патки в грунт, град (рис. 2.7):

(2.79)

где – суммарная радиальная составляющая сил сопротивления копания грунта фрезой, определяется по формулам (2.55), (2.56), (2.57), принимая ;

– коэффициент трения поверхности кожуха о грунт, (табл. П1).

(2.80)

где – длина погруженной части кожуха, м (см. рис. 2.7);

– тол­щина сечения стенки кожуха, м, принимается конструктивно (0,005÷0,007 м);

– удельное сопротивление резанию передней частью ко­жуха, = 49÷59 кПа.

(2.81)

где – площадь сечения стружки грунта, срезаемой открылками, м² (рис. 2.7), определяется по чертежу (или приближенно, );

– удельное сопротивление копанию, принимается как для бульдозеров кПа.

Правильность выбора базовой машины проверяют по условию сцепления с грунтом, усилию на крюке по фор­муле (2.69).

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: