Мощность тяговой и подъемной лебедок драглайна

1 2 3 4

1. Масса экскаватора:

m_э= К_э∙Е = 50∙11 = 550 т.

где Е – объем ковша, м³;

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

2. Линейные размеры ковша:

Ширина B_k=1,15∙³√Е=1,2∙³√11=1,15∙2,2=2,53 м;

Длина L_k=1,2∙ B_k=1,2∙2,53 =3,03 м;

Высота H_k=0,65∙ B_k=0,65∙2,53 =1,64 м;

3. Масса и вес ковша:

m_к = K₁(K₂+E)E^2\3 = 0,046∙ (40,6+11)11^2\3= 11,8 т

G_к = 9,81 ∙ m_ков ∙10³=9,81∙11,8 ∙10³=11,5∙10⁴ Н;

где К₁и K₂– коэффициент пропорциональности (0,143 и 9,6 для легких; 0,092 и 20 для средних; 0,046 и 40,6 для тяжелых) табл.1 [2]

4. Масса и вес породы в ковше:

m_пор = E ∙ γ/K_p=11 ∙ 2,5/1,2=22,9 т;

G_г=9,81∙ m_пор ∙10³=9,81∙22.9 ∙10³=22.4∙10⁴H;

где γ – плотность породы в целике, т/м³ (γ =1,8÷2,5) табл. П6 [2]

5. Высота напорного вала:

Н_н= К_L_н∙³√m_э=2,5∙8.1=20,2 м;

где К_L_н- коэффициент пропорциональности стрелы (К_L_н=2,5) табл. П8 [2]

6. Сила тяжести груженного ковша:

G_k_+г = G_к + G_г,= 11,5∙10⁴+ 22,4∙10⁴=33,9∙10⁴Н

где G_k – собственная сила тяжести ковша; G_г– сила тяжести грунта в ковше.

Усилие в тяговом канате можно определить, проектирую все силы, действующие на ковш, на ось, параллельную линии относа уступа (рис.2.1).

Рис. 2.1. Схема к расчету усилий на ковше драглайна

S_г=P_к+G_к₊_г*sinα+P_тр=P_к+G_к₊_г*sinα+fG_к₊_г*cosα = 25∙10⁴+33,9∙10⁴∙0,25+ +0,4∙33,9∙10⁴∙0,96=46,4∙10⁴Н

Принимаем sin15⁰=0,25; cos15⁰=0,96.

Усилие копания определяется из формулы Н.Г. Домбровского:

P_к= K₁*F = K₁*h*b = 2,5∙10²∙1= 2,5∙10² кН

где К₁ – удельное сопротивление (см.табл.I) копанию, кН/м^2, h – толщина снимаемой стружки, м; b – ширина стружки, м; f – коэффициент трения ковша о породу (принимается равным 0,4).

Наполнение ковша происходит на пути наполнения:

L_н= φ*L_k=3,5∙3,03 =10,6 м

где φ – коэффициент пути наполнения (табл. 3); L_k – длина ковша.

Объем разрыхленной породы в процессе наполнения ковша:

V_пор_._рых_. = L_н*h*b*К_р = φ*L_k*h*b*К_р=10,6∙2∙0,5∙1,2=12,72 м³

где К_р – коэффициент разрыхления (табл.1).

V_пор_._рых_. = Е+ V_пр_._вол_.=11+3,3=14,3

где V_пр.вол. – объем призмы волочения, м³.

V_пр.вол. = С*Е=0,3∙11=3,3 м³

где С – коэффициент волочения (табл. 3);

Тогда,

Е+Е*С = L_к*φ*h*b*К_р

Откуда,

=11∙(1+0,3)/3,03∙3,5∙0,5∙1,2=14,3/6,3=2,26

= 25∙10⁴∙11∙(1+0,3)/3,5∙3,03∙1,2=357,5/12,7 = 28,1∙10⁴

Значения коэффициента пути наполнения φ и коэффициента волочения С приведены в табл.3

Таблица 3.

Грунт	φ	С
Песок, супесок, чернозем, растительный грунт, торф	3,0	0,4
Суглинок, гравий мелкий и средний, глина легкая, влажная или разрыхленная	3,5	0,3
Глина жирная, тяжелый суглинок, лесс, смешанный с галькой, щебень, строительный мусор, растительный грунт с корнями деревьев	4,0	0,23
Конгломерат, тяжелая ломовая или сланцевая глина, меловые породы	5,5	0,2

Рис. 2.2. Схема работы драглайна.

Усилие в тяговом канате:

S_т₍_к₎=(K₁∙E∙(1+C)/φ∙L_k∙K_p)+G_к₊_г∙sinα+f∙G_к₊_г∙cosα=

=25∙10⁴∙11∙(1+0,3)/3,5∙3,03∙1,2+33,9∙10⁴∙sin45⁰+0,4∙33,9∙10⁴∙cos45⁰=

=31,1∙10⁴+15,35∙10⁴+9,8∙10⁴=61,1∙10⁴ Н

принимаем sin45⁰=0,7;cos45⁰=0,7

Предельный угол откоса α принимается равным для:

легких грунтов – 45-50⁰;

средних – 45-40⁰;

тяжелых – 30-35⁰.

Максимальное расчетное значение силы тяги при многомоторном приводе постоянного тока:

S_т_max=S_т(к)/(0,7-0,8)= 61,1∙10⁴/0,7=87,2∙10⁴Н

Запас прочности тягового канала для экскаваторов малой и средней мощности принимается равным 3,75-4,0; для экскаваторов большой мощности – 4,25-4,75.

Соотношение диаметров тягового барабана Д_б.т.и диаметра каната α_к.т.следующее:

для экскаваторов малой и средней мощности.

для экскаваторов большой мощности.

Усилия в подъемном канате для экскаваторов с многомоторным приводом постоянного тока.

при отрыве груженого ковша от забоя:

=1,5∙33,9∙10⁴=50,85∙10⁴Н

при подъеме груженого ковша:

S_п= G_к+г+ G_кан=33,9∙10⁴+421,8∙10⁴=455,7∙10⁴Н

где G_кан– сила тяжести каната длиною от ковша, расположенного на забое, до головных блоков стрелы (G_кан= 421,8×10⁴Н, диаметр 41мм) [3].

По аналогии с тяговым механизмом определятся запаса прочности подъема каната:

k = S_к_._разр/S_п_.max = 1000/6510= 0,15 кН.

где S_к.разр - суммарное разрывное усилие проволок подъемного каната, (S_к.разр= 1000 кН) [3], S_п._max – максимальное усилие подъема.

S_п._max=S_п/0,7-0,8 = 455,7∙10⁴/0,7 = 651∙10⁴Н.

При определении загрузки двигателя механизма тяги в период копания скорость передвижения коша драглайна принимается равной номинальной. Мощность двигателя тяговой лебедки при копании:

N_т_(k) = S_n(k)V_т_._ном / 1020∙η_т=61.1∙10⁴∙1/1020∙0.6=998.3кBт

где η_т КПД тягового механизма, η_т =η_б ×η_рад.(здесь η_б– КПД блоков и барабана; η_рад– КПД редуктора тяговой лебедки).

При повороте платформы драглайна с груженным ковшом на разгрузку на тяговый канат действует две силы: сила, равная примерно половине веса груженого ковша, которая удерживает ковш в горизонтальном положении, и центростремительная сила, который удерживает ковш на траектории движения вокруг оси вращения платформы и направлена вдоль тягового каната:

S_т(_p₎ = (G_к+г)/2) + Р_u_._c_тр= (G_к+г)/2) + (G_к+г ω² r_к+г/g) = (33.9∙10⁴/2) +

(33.9∙10⁴∙(2∙3.14∙1)²∙66.5)/9.81=9079.8∙10⁴ Н.

где ω – угловая частота вращения платформы драглайна(ω = 2πv); r_к+г – радиус вращения груженого ковша относительно оси поворотной платформы (r_к+г=66,5м, [4]); g – ускорение силы земного притяжения.

В период поворота платформы с груженным ковшом на разгрузку используется режим ослабления поля возбуждения тяговых двигателей, тем

самым достигается увеличение скорости тягового каната на 10 – 20 %. Загрузка двигателя механизма тяги.

N_т_(p) = (S_т_(p) ∙(1.1-1.2) ∙ V_т_._ном)/1020∙ η_т=(9079.8∙10⁴∙1.1∙1)/1020∙0,6=163кВт

При повороте платформы с порожним ковшом в забой

N_т_(s) = (S_т_(s) ∙(1.1-1.2) ∙ V_т_._ном)/1020∙ η_т=(3080.2∙10⁴∙1.1∙1)/1020∙0,6=55.3кBт

где

S_т_(s) =(G_k/2)+(G_k ω² r_к₊_г)/g=(11.5∙10⁴/2)+(11.5∙(2∙3.14∙1)²∙66.5)/9.81=3080.2∙10⁴ Н.

Средневзвешенная мощность двигателя механизма тяги драглайна:

N_т_._св=(N_т₍_к₎∙t_к+N_т_(p) ∙t _р+ N_т_(s) ∙t _з)/ T_ц=(998,3∙15,75+163∙18,375+55.3∙18,375)/52.5=

=375,8кВт

Диаграмма разгрузки механизма тяги драглайна в период копания, поворота груженого ковша на разгрузки и порожнего в забой представлен на (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Диаграмма разгрузки механизма тяги драглайна в период копания

Во время копания двигатель механизма подъема драглайна не загружен. При отрыве ковша от забоя, которое продолжается 2-3 с, усилие в подъемном канате наибольшее (S’_п). частота вращения якоря подъемного двигателя при этом близка к номинальной.

Мощность подъемного двигателя в момент отрыва ковша от забоя:

N_пд=(К∙S_пд∙V_пд)/(1020∙η)=(1∙5085∙10⁴∙2)/(1020∙0.8)=1246кВт

S_пд=(1,5-1,7) G_к₊_г=1,5∙33,9∙10⁴=50,85∙10⁴Н

При дальнейшем подъеме ковша с грунтом и повороте его месту разгрузки подъем осуществляется с номинальной скоростью. Мощность двигателя подъемного механизма за время поворота платформы к месту разгрузки

N_п₍_р₎=(К_р∙S_п∙V_п_._ном)/(1020∙ η_п)=(1∙33,9∙10⁴∙1).(1020∙0,6)=553кВт.

При повороте платформы в забой спуск ковша осуществляется в режиме ослабления поля возбуждения двигателя при скорости на 10 – 20% выше номинальной скорости подъема ковша. Усилие в подъемном канате

S˝_п= G_к=11.5

Мощность двигателя механизма подъема

N_п_(s)=(S˝_п∙(1,1-1,2) ∙V_т_._ном)/1020∙ η_п=(11.5∙10⁴∙1.2∙1)/(1020∙0.6)=225,4 кВт

Средневзвешенное значение мощности двигателя механизма подъема драглайна

N_п_._св=(N_пд∙t_к+N_п₍_р₎∙t_р+N_п_(s)∙t_з)/T_ц=(1246∙15.75+553∙18.375+225,4∙18.375)/52.5=646 кВт

Диаграммы загрузки механизма подъема драглайна в период копания, отрыва ковша от забоя, поворота груженого ковша на разгрузке и порожнего в забой представлен на (рис.2.3).