Расчет и выбор выемочно-погрузочных машин открытых горных работ

       Положение I - начало копания. Условно принимается, что ковш загружен, а лебедка отключена.

 Усилие втягивания  вертикальной рукояти  в напорном механизме:  

        где G_к+г – масса ковша с грузом, кг; 

       где G_р – масса рукояти, кг;

              G_к – масса ковша с коромыслом и подвеской, кг;

               К_Т – коэффициент тары ковша с подвеской;

               - плотность породы в целике, кг/м³;

        К_н – коэффициент наполнения ковша;

                - коэффициент, зависящий от конструкции рукояти.

        К_р – коэффициент разрыхления породы;

        К_рук – коэффициент, характеризующий удельную массу рукояти;

        b_р – длина рукояти;

Масса рукояти  равна:

 

Масса ковша  с коромыслом и подвеской равна:

 

Масса ковша  с грузом

Тогда

       Положение II - копание грунта. Принимается, что выдвинутая рукоять горизонтальна, подъемный канат занимает вертикальное положение по отношению к рукояти, ковш полностью загружен.

Усилие на подъемном  канате:

              где r_n, r₀₁, r_к+г и r_р – плечи действия соответствующих сил;

                    Р₀₁ – реакция забоя на зубьях ковша при копании, Н.

Величина выдвижения рукояти в положении 2:

где L – длина стрелы, м;

a – размер ковша (ширина),м;

- угол установки стрелы, град;

d_б – диаметр головного блока стрелы, м. 

Размер ковша:

Получим:

Плечи действия соответствующих сил:

 

Величина выдвижения рукояти:

Тогда

Реакция забоя:

         где Н – высота оси напорного  вала рукояти, м;

 

      где h – высота оси пяты от почвы, м

Тогда:

Напорное усилие рукояти в положении 2:

где А - коэффициент, зависящий от удельного  сопротивления пород копанию = 1,0.

Тогда усилие на подъемном канате:

         Положение 3 – конец копания. В этом случае рукоять горизонтальна и полностью выдвинута вперед,  ковш полностью заполнен.

Сила копания  в этом положении:

           где r_n2, r₀₁₂, r_к+г2 и r_р2 – плечи действия соответствующих сил, м;

                 b – величина выдвижения рукояти, м;

                - угол между подъемным канатом и горизонтальной рукоятью в конце копания, когда рукоять выдвинута вперед, град.

Плечи действия соответствующих сил:

Величина выдвижения рукояти:

Рассчитаем:

и

Тогда:

 т.к       >0 то усилие:

Получим:

Максимальное  усилие в подъемном канате:

Напорное усилие в положении 3:

          где Р₀₂₂ – сила отпора грунта, Н

Получим:

и

         Положение 4 – вынос груженого ковша на полном вылете рукояти и на максимальной высоте.

Усилие подъема, Н:

         где 

              - угол между подъемным канатом и максимально поднятой рукоятью, град.

Тогда:

и

Максимальное  усилие рукояти, Н:

Тогда:

       Положение 5 – поворот порожнего ковша для загрузки. Принимается, что рукоять горизонтальна, а подъемный канат занимает вертикальное положение.

Усилие на подъемном канате, Н:

Рассчитаем:

Усилие на напорном механизме при повороте пустого ковша к месту загрузки, Н:

Тогда:

 
 
 
 
 
 
 

Масса противовеса экскаватора

Минимальная масса противовеса, кг:

            где G_i – масса основных узлов экскаватора, кг;

                  G_c – масса стрелы, кг;

                  L – длина стрелы, м;

                  K_c и – коэффициенты, зависящие от типа рукояти, и ;

                  GI – сумма моментов, уменьшающих массу противовеса, кг*м;

                  N_n – установленная мощность подъемной лебедки, кВт;

                  , и - расстояния от точек приложения масс узлов до точки А, м.

          где   - расстояние от оси вращения экскаватора до оси стрелы, м;

                - диаметр опорного поворотного круга экскаватора, м;

                 - расстояние от противовеса до оси вращения экскаватора, м.

Рассчитаем:

Тогда:

Сумма моментов:

             где G_п – масса механизмов поворота экскаватора, кг;

                   G_л – масса подъемной лебедки, кг;

                   G_a – масса преобразовательного агрегата экскаватора, кг;

            где - расстояние от центра масс механизмов поворота до точки А, м;

Тогда:

            где - расстояние от центра массы подъемной лебедки до оси вращения экскаватора, м;

Тогда:

            где - расстояние от центра массы преобразовательного агрегата до оси вращения экскаватора, м;

Тогда:

Получаем:

В конечном виде минимальная величина противовеса, кг:

Рассчитаем:

 

Максимальная  величина противовеса, кг:

                  где  - расстояние от центра массы стрелы до точки В, м

Тогда:

 

После преобразования получим:

Получаем:

Разрывное усилие подъемного каната

Стопорение  ковша вызывает перегрузку двигателей экскаватора. В это время в  подъемном канате развивается усилие, Н:

Для приближенных расчетов

 

Получаем:

Максимальное  усилие в ветви полиспаста подъемного каната подвески ковша:

         где Z – число ветвей подвески ковша

Разрывное усилие каната с учетом коэффициента запаса прочности, равного  5 для подъемных канатов:

Получаем: