книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия
..pdfA"&<£ay<у
Рис. 3.10. Несимметричная ступенчато-шахматная схема рас становки резцов с удвоенным числом в крайних линиях ре зания
3.6. МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЗЦОВ И СХЕМ ИХ РАССТАНОВКИ
|
, пяйочих органов, обеспечива- |
|||
Рациональные параметры V |
о С 1 Ъ |
экскаваторов, це- |
||
ющие максимальную производится |
|
неск0льких вариантов |
||
лесообразно выбирать по результат |
^ ряда исходных и при- |
|||
расчета, которые выполняют на ос |
|
|
|
|
нятых параметров. |
, |
й |
ширина траншеи; тип |
|
Исходные параметры: |
глуби |
^ |
по глубине (в зависи- |
грунта и распределение его пР0ЧН,яшин принимают согласно
мости от региона эксплуатации |
щИны или ^необходимая |
разделу 3.1); мощность базовой |
на (цепной, Р0Т°Р““и). |
производительность; тип Ра^°чеметры Резцов |
^ Г°ог,>£ш пея |
|
Принятые параметры п ^ е т Р |
|
|
а= 50-80°, задний угол б ' 10 |
табл23, » |
Ся в забое, |
цов на рабочем органе с ° г Л ^ Р |
^ е Н 1 % о г ы экскаваторов при |
чество ковшей и резцов, 0,д .^ивой Ра°° принимают из условия устои1
разработке мерзлых грунтов. На основании рекомендаций работ [7, 13] оно не должно быть менее 4—5.
При расчете варьируют следующие параметры: ширину в режущей части резцов (для экскаваторов с мощностью дви гателя до 220 кВт b= 10—60 мм); шаг резания t; скорость резания V= 0,7—4 м/с (применяемые в настоящее время ско рости вращения рабочих органов см. в табл. 1 и 2); скорость подачи Vn, м/ч.
При этом оценивают принятые скорости для бесковшовых
рабочих органов — по выносной способности, |
для ковшо |
вых — из условия хорошей разгрузки ковшей |
[2, 13]. |
Минимальную скорость резания устанавливают также ис ходя из допустимого для дайной конструкции рабочего орга на максимального крутящего момента.
В дальнейшем предла'гаем следующий порядок расчета. П о с т р о е н и е схем р а с с т а н о в к и р е з ц о в С учетом исходных, принятых и варьируемых параметров
строят несколько вариантов схем расстановки резцов. Построение несимметричной ступенчато-шахматной схемы
осуществляют в следующей последовательности:
1. Определяют количество резцов в каждой линии реза ния из условия, что кромки ковшей (площадок) и держателей не должны задевать забоя в процессе работы экскаватора:
для роторного* рабочего органа |
|
|
||
nP = |
1Я3600 vp |
’ |
*3'2) |
|
i |
|
|
|
|
для цепного рабочего органа |
|
|
||
|
|
/цУп |
|
|
ПР ‘= |
/3 3600 vp COS Ф 1 |
( 3 . 3 ) |
||
где D — диаметр ротора, мм; |
линейная производи |
|||
Vn — скорость подачи |
(требуемая |
|||
тельность), м/ч; |
|
глубина |
резания каж |
|
13 — максимальная |
возможная |
|||
дым резцом. |
|
|
|
|
При разработке грунтов с толщиной мерзлого слоя, пре вышающей глубину траншей, должно соблюдаться условие
l3> l,8 (t- b ),
где t — шаг между линиями резания, мм; b — ширина резца, мм;
Vp — скорость резания, м/с-
1Ц— длина режущей цепи, мм;
ф— угол наклона режущей цепи относительно верти кали.
2.Находят число ковшей в каждой группе исходя из того, что количество групп ковшей на рабочем органе равно числу резцов в каждой линии резания пр:
|
пг |
|
(3.4) |
где пр. о — количество ковшей (площадок) |
на рабочем органе. |
||
3. |
Определяют число линий |
резания на основе принятых |
|
ширины резцов, шага между лцниями резания и при условии, |
|||
что число ковшей в группе должно быть кратно числу линий |
|||
'резания: |
|
|
|
|
m = |
+ 1 ч |
(3.5) |
где В — ширина разрабатываемой |
траншеи. |
||
Необходимо, чтобы пг было нечетным, |
а отношение т /п г |
||
целым числом. |
|
|
|
4. |
Вычисляют количество резцов на |
каждом ковше (пло |
|
щадке) : |
|
|
|
np' = m/nr.
Затем вычерчивают сетку (см. рис. 3.10) с выбранным коли чеством ковшей и расставляют резцы на них с учетом кор ректировки числа линий резания по формуле
т^П р'-П г—2,
где т ' — скорректированное число линий резания.
Резцы располагают в следующей последовательности (на
пример, при пяти ковшах в группе: на первом ковше — в |
1, |
|||||
п, 2п-й линиях |
резания, т. е. в 1, 5, 10-й; на |
втором |
— во |
2, |
||
п + 2, |
(2п + 2)-й |
линиях, |
т. е. во 2, 7, 12; на |
третьем |
в п—1, |
|
п + 4, |
(2п + 3)-й |
линиях, |
т. е. в 4, 9 и 13. Начиная с |
ковша |
(п+1)/2-М , резцы устанавливают в следующем порядке: на ковше (n + l)/2 -fl—в 1; п+1; (2п+1)-й линиях, т. е. в 1; 6; 11; на ковше (п+1)/2+ 2—в 3; п + 3; (2п+3) -й линиях, т. е. в 3; 8; 13.
После заполнения первой группы ковшей таким же обра зом заполняют все остальные группы.
Построение симметричной ступенчато-шахматной схемы осуществляют следующим образом (рис. 3.11). Вначале стро ят схему, предусматривающую число линий резания на три
больше, чем необходимо для получения рациональной вели чины шага между ними (на рис. 3.11, а две крайних линии показаны пунктиром), и установку в каждой группе на один ковш больше. Затем резцы из первой линии переносят во вто рую, а из последней в предпоследнюю (переставляемые рез цы изображены кружочками). Далее центральную линию уби рают, а резцы в крайних линиях резания и близко располо женные друг к другу в средних линиях резания комплектуют так, чтобы на каждом из ковшей был один крайний и один средний резец (рис. 3.11, б). Это позволяет выровнять на грузку на отдельных ковшах и уменьшить обратный заброс разрушенного грунта в траншею, который происходит при установке резцов на близком друг от друга расстоянии.
/ |
5 |
5 |
7 9 |
7/ 75 /577 /9 2/ |
7 |
3 5 |
7 9 |
// 75 /57775 |
||||
1 |
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
г |
1r |
1 |
|
|
"3 |
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
1 |
|
С |
|
|
L |
|
V |
||
г |
|
|
-J{- |
|
|
|
|
|
|
l" |
||
1 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
>f |
1 |
|
-3Е- |
|
|
|
|
|
~7 |
|
|
Jr |
|
1 |
-5f- |
|
|
|
|
С. |
L. |
|
|
f |
||
1“ |
|
|
|
|
JГ |
ь |
|
|
г |
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
N |
N |
г |
|
|
|
N |
|
|
|
т |
|
|
f |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
-I |
|
|
f |
||
г |
|
|
\г |
! / |
|
|
|
1 |
|
'i |
|
г |
1 |
|
|
|
|
1 |
—1 |
|
|
/ |
|||
|— |
|
7г |
|
|
1 |
|
>г |
|
Tj■c |
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
г |
|
|
|
1(- |
|
|
|
|
-J1 |
|
|
f |
|||
г |
|
|
|
|
|
|
i |
|
\ |
|||
1 |
|
ь |
|
|
|
|
|
-4 |
L |
|
|
4 |
Н |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
Ц |
|
|
|
|
|
4 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
<Г |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.11. |
Построение |
|
симметричной |
ступенчато-шахматной |
||||||||
схемы расстановки резцов с удвоенным числом в крайних ли |
||||||||||||
ниях резания: а — вид схемы с дополнительными линиями |
||||||||||||
резания; |
б |
— схема |
с удвоенным |
числом резцов в крайних |
||||||||
|
|
|
|
|
|
линиях |
резания |
|
|
|
||
О п р е д е л е н и е |
т о л щ и н ы |
с р е з а |
грунта резцами |
каждого ковша в расчетном положении рабочего органа, ко гда на него действуют максимальные нагрузки.
В связи с тем, что траектории резания образуются в ре зультате сочетания поступательного движения экскаватора со скоростью Уп и вращательного движения ротора с угло вой скоростью о, при больших скоростях экскаватора толщи-
ну |
стружки |
с учетом рекомендаций работы [5] определяют |
по |
формуле |
(рис. 3.12) |
|
h « h 0sin(arctgk) |
|||
или |
, |
, |
к |
|
h = |
h0 — ---------- |
|||
|
|
0 |
/ 1 + |
к2 |
|
. |
|
2i;r0 |
|
где |
h0 = |
Ир0 |
; |
|
|
|
о II |
®|я< |
|
|
»•- |
|
|
пр —г количество резцов в линии резания;
^ _ |
R sin ф |
|
V |
-f R cos ф |
7 |
— |
|
|
(0 |
|
|
Ф — угол поворота из начального положения; R — радиус ротора до режущих кромок.
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
(3.10)
Рис. 3.12. Схема к определению толщины стружки
При разработке экскаваторами прочных мерзлых грунтов скорость' подачи значительно меньше скорости резцов рабоче го органа, поэтому с необходимой для практических расчетов точностью можно принять, что скорость резания в разных точках траектории одинакова; толщину стружки для каждого из резцов в этом случае определять по формулам:
для роторного рабочего органа |
|
|
|
|
||
hi = |
np3600V |
S,n<p’ |
(ЗЛ1) |
|||
для цепного рабочего органа |
|
|
|
|
|
|
1,1 - |
Т ^ Щ |
С03*’ |
<зл2> |
|||
где hi — толщина стружки,, мм; |
|
|
|
|
||
Ф — угол, определяющий |
положение резца на |
траекто |
||||
рии его движения относительно вертикали. |
|
|||||
О п р е д е л е н и е к о о р д и н а т ы |
положения отдельных |
|||||
резцов рабочего органа |
относительно |
поверхности |
грунта: |
|||
для роторного рабочего органа |
|
|
|
|
||
н . = D (cosф} - |
cos<рк' |
+ |
sing»/') |
^ ^ |
||
для цепного рабочего органа |
|
|
|
|
|
|
Hi = 1V cosil), |
|
|
(3.14) |
|||
где ф'к, ф^к — углы |
контакта |
роторного рабочего орга |
||||
на с забоем (рис. 3.13, а); |
|
Рис. 3.13. Схема к определению координат положения отдельных резцов относительно поверхности грунта:
а — роторный, б — цепной рабочий орган
|
1'ц — длина |
участка цепи, |
находящегося в |
|
траншее, от поверхности грунта до рас |
||
|
сматриваемого резца (рис. 3.13, б); |
||
|
ф — угол наклона режущей |
цепи относитель |
|
|
но вертикали. |
|
|
Р а с ч е т |
с р е д н е м а к с и м а л ь н о й |
величины каса |
|
тельной составляющей силы резания. |
|
||
В основу расчета положена формула профессора А. Н. Зе |
|||
ленина, в которую введены |
коэффициент влияния скорости |
резания Kv и коэффициент ц, характеризующий влияние ви да резания на сопротивление мерзлого грунта при ступенча то-шахматной схеме расстановки резцов. Показатель степени при h по результатам обработки экспериментальных данных принят равным 1, 2, [26].
С учетом сказанного расчетная формула имеет вид
(3.15)
где С — количество ударов плотномера ДорНИИ в точке рас
|
положения резца в траншее |
(принимается по |
реко |
|
мендациям раздела 3.1); |
|
|
h — толщина стружки, см; |
|
|
|
b — ширина резца, см; |
|
|
|
а — |
угол резания, °; |
затупление |
резца |
А — |
коэффициент, учитывающий |
||
|
(Д= 0,85-ь2,0, для острого резца Д= 0,85, для слегка |
||
11 — |
затупленного Д= 1,0); |
|
|
коэффициент, характеризующий влияние вида реза |
|||
Kv — |
ния на сопротивление мерзлого грунта; |
|
|
коэффициент влияния скорости резания. |
|
Коэффициенты ц и Kv определяют по следующим расчет ным зависимостям:
K v = (0 ,9 8 + 0 ,lv ) [0,9 + 0,11
(3.18)
K v = (0,98 + 0,1v) (1,0 + 0,038 * ^~ для крайних резцов. (3.19)
Формулы (3.16Н-3—19) справедливы в диапазоне измене ния отношения (t—b)/h от 0 до 3,8-+4,2.
При |
(t—b)/h = |
4,2 |
коэффициент р = 1,9-М,32, |
а в форму |
|
ле для |
подсчета Ку |
следует принимать (t—b)/h = 3,8+4,2. |
|||
Выч и с л е н и е |
|
с р е д н е й |
в е л и ч и н ы |
касательной |
составляющей усилия резания. Средние силы резания отдель ными резцами определяют по формуле
Рс = Рк ' Кэ>
где Кэ — коэффициент энергоемкости.
Для средних резцов |
|
|
кэ = |
0,42(1—0,000460) (1+0,00513а) + 0,0165(Ц -Ь ' 2 X |
|
|
X (1—0,031V); |
(3.20) |
для крайних |
|
|
Кэ = |
0,49(1—0,00046С) (1+0,0051а) +0,0447 t — b |
X |
|
X (l—0.031V). |
(3.21) |
Формулы (3.20) и (3.21) справедливы в диапазоне изме нения отношения (t— b)/h от 0 до 3,8-М,2; при (t— b)/h>4,2 коэффициент Кэ=0,7'-т-0,78.
О п р е д е л е н и е с р е д н е й с ил ы резания рабочим ор ганом
Рср — 2 ^ci’
1=1
где РС1— средняя сила резания i-м резцом.
В ы ч и с л е н и е м о щ н о с т и р е з а н и я рабочим ор ганом
Pcp-V
N =
1020
После проведения расчетов для различных сочетаний варьируемых параметров и схем расстановки резцов (в зави симости от поставленной задачи) выбирают вариант, обеспе чивающий наибольшую производительность при заданной мощности или наименьшую мощность при необходимой про изводительности машины. По этому варианту и проектируют рабочий орган экскаватора.
3.7. РАСЧЕТ РЕЗЦОВ НА ПРОЧНОСТЬ
Корпус резца траншейного экскаватора представляет собой балку трапецеидального сечения со скругленным ма лым основанием. Размеры поперечного сечения резцов опре деляют по результатам их расчетов на прочность. Такие рас четы являются проверочными, т. е. вначале задают размеры поперечного сечения резца и по ним рассчитывают напряже ния в характерных точках сечения. Расчетные напряжения сравнивают с допускаемыми.
На рис. 3.14 показан общий вид резца со схемой действу ющих на него сил, а на рис.'3.15 расчетная схема резца.
Рис. 3.15. Расчетная схема резца
При расчете действующие на резец силы раскладывают на три составляющие: касательную Рк, нормальную PN и бо ковую Ре. Касательную составляющую Рк (среднемакси мальную ее величину) определяют по формуле (3.15) разде ла 3.6. При ориентировочных расчетах составляющие PN и Ро в случае резания мерзлых грунтов резцом, имеющим .ус тановившуюся форму износа режущей части, определяют из
соотношения Рк : PN : Рб = 1 |
1 |
0,4. |
За точку приложения сил |
резания принимают режущую |
|
кромку (А или Аь см. рис. |
3.14). Эта точка может быть сме |
щена от плоскости симметрии резца вправо или влево. Мак симальное смещение равно половине ширины режущей кромки.
Для расчета прочности резца необходимо определить гео метрические характеристики его сечения:
F — площадь сечения, мм2;
Уо— положение центра тяжести площади се
чения, мм; |
|
сече |
1Х, 1У— осевые моменты инерции площади |
||
ния, мм4; |
|
|
1К— момент инерции при кручении, мм4; |
от |
|
Wx, Wy, WK— моменты сопротивления |
при изгибе |
|
носительно осей х, у и при кручении, мм3. |
||
Ввиду сложной формы поперечного сечения его разбива |
||
ют на составные части: |
|
|
F O= F I + F 2 + F 3 (для сечения |
1 —1), |
|
где F0, Fi, F2, F3 — площади всего сечения, |
прямоугольника, |
трапеции и кругового сегмента соответст венно.
Для определения размеров отдельных площадей сечение вычерчивают в увеличенном масштабе и производят измере ния. У каждой составной части площади графически опреде ляют положение центра тяжести. На чертеже профиля сече ния указывают характерные точки (см. рис. 3.15)*
После определения центра тяжести в двух сечениях резца в зоне крепления и режущей части на чертеже (см.- рис. 3.14) проводят линии центров тяжести БВ и ВГ и измеряют угол aj и положение точки приложения сил относительно линии БВ. При расчете на прочность резец представляют как стер
* Алгоритм расчета резца выполнен инженером А. В. Панеевым.