Силы сопротивления на рабочем органе зависят от физико-механических свойств породы, структуры массива горных пород и трещиноватости, наличия включений и прослоек, конструктивного исполнения рабочего органа и режущих (экскавирующих) элементов и других факторов.
При определении силовых параметров и мощности приводов принимают расчетные значения сил сопротивления.
Одноковшовые экскаваторы
Прямая лопата
Расчетное значение силы сопротивления породы копанию определяют из условия наполнения ковша при работе в тяжелых условиях (рис. 3.6.1):
зависящий от угла резания и степени затупления режущих элементов; Стах — максимальная толщина отделяемого слоя породы (стружки); В — ширина ковша.
Условие наполнения ковша имеет вид
Силы, действующие в главных механизмах прямой лопаты (подъемном Fn и напорном Рн), зависят от положения элементов оборудования, степени наполнения ковша, их определяют из условия равновесия рабочего оборудования в расчетных положениях (рис. 3.6.2).
Расчетными положениями (т.е. положениями, при которых действует неблагоприятная комбинация сил) для определения сил в подъемном канате являются положения I и II; для определения напорной силы — положения I, III и IV.
Главные механизмы прямой лопаты работают в повторно-кратковременных режимах, т.е. с резко переменными скоростями и действующими силами.
Мощность двигателя определяют с учетом режима работы по формуле
Обратная лопата
Расчет сил сопротивления, действующих на ковш, проводят так же, как и для прямой лопаты: из условия наполнения ковша при отделении слоя породы.
Расчетными положениями для оборудования обратной лопаты являются следующие (рис. 3.6.3):
-для расчета силы, действующей на штоке гидроцилиндра поворота ковша, — подход ковша к бровке уступа, когда направления действия силы сопротивления копанию и силы тяжести груженого ковша совпадают (положение I);
-для расчета силы, действующей на штоке цилиндра поворота стрелы, — подъем груженого ковша на максимальном вылете (положение II).
Мощности гидродвигателей определяют с учетом режима работы приводов.
Погрузочное оборудование
Касательную Fm и нормальную N составляющие сопротивления внедрению ковша определяют по зависимостям
Драглайн
Расчетное значение силы сопротивления копанию определяется из условия наполнения ковша (рис. 3.6.4) из выражения
Траектория транспортирования ковша (рис. 3.6.5) характеризуется наличием зон растяжки и саморазгрузки ковша. При приближении ковша к стреле направления канатов (и сил) практически совпадают, что резко увеличивает действующие силы (растяжку ковша). При совпадении направлений силы тяжести ковша и силы в подъемном канате (при удалении ковша от стрелы) наблюдается само-разгрузка ковша.
Вид расчетной траектории движения ковша определяют из условий исключения просыпи при транспортировании (при постоянстве угла наклона ковша) или полного использования мощности механизма подъема (при постоянстве сил в подъемном канате).
Скорость подъема устанавливают из условия подъема ковша на максимальную высоту выгрузки из забоя максимальной глубины за время поворота платформы на угол 120°. Обычно vn = 2,5...4 м/с.
Определение мощности двигателя механизма поворота
Механизм поворота функционирует в основном при неустановившемся режиме (разгон и торможение) ввиду большой инерционности поворотной платформы и малой длительности поворотных движений.
Особенностью механизма поворота является наличие оптимальных значений угловой скорости платформы и, соответственно, передаточного числа механизма.
Так, с ростом передаточного числа механизма увеличивается значение вращающего момента на платформе и возрастают ускорения разгона и торможения платформы, что снижает длительность этих операций. Но одновременно с повышением передаточного числа уменьшается скорость установившегося движения платформы (движения с практически постоянной скоростью) и, соответственно, увеличивается длительность установившегося движения.
Таким образом, ввиду противоречивого действия ряда факторов для каждого значения угла поворота имеется оптимальное значение передаточного числа, при котором продолжительность поворотных движений будет минимальна.
Мощность двигателя механизма поворота определяют по формуле
Многоковшовые экскаваторы Роторные экскаваторы
Кинематические особенности рабочего процесса роторных экскаваторов определяются схемами экскавирования ленты породы (подступа).
Если выемка ленты проводится с переменными радиусами и R2 черпания (выдвижной стрелой), то толщина стружки постоянна по всей длине ленты (рис. 3.6.6, а). Ширина стружки, снимаемой ковшом роторного колеса за одно черпание, также не меняется.
Если выемка ленты осуществляется с постоянными в плане забоя угловой скоростью, радиусом черпания и /?, = R2 (стрела невыдвижная), то толщина стружки максимальна в направлении подачи экскаватора на забой на оси роторного колеса, а лента в плане имеет серповидное очертание (рис. 3.6.6, б). При переменной угловой скорости поворота стрелы ротора ширина стружки переменна и минимальна по величине в направлении подачи стрелы ротора на забой.
Мгновенная толщина среза каждым ковшом за время оборота роторного колеса (рис. 3.6.6, в) с достаточной для практических расчетов точностью может быть выражена формулой
Мощность сил на отделение стружки от массива (на резание) определяют суммированием сопротивлений на ковшах, участвующих одновременно в резании:
Цепные экскаваторы
Кинематические особенности рабочего процесса цепных экскаваторов поперечного копания определяются технологией отработки уступа. Подача ковшей и разработка забоя происходят у этих машин в направлении, перпендикулярном к вертикальной плоскости ковшовой рамы вследствие перемещения всего экскаватора вдоль забоя или поворота его верхнего строения.
