Расчет приводов главных механизмов экскаватора драглайна ЭШ 15/90

Чертеж 2.cdw

- ковш; 2 - стрела; 3 и 4 - подъемный и тяговый канаты; 5 - стреловые канаты;
- блоки головные; 7 - блоки наводки тягового каната.
Максимальный радиус
Максимальная высота
Максимальная глубина
Сравнительная таблица параметров
расчитаного экскаватора с
экскаватором - аналогом.
Общий вид экскаватора

Чертеж1.cdw

Расчетные схемы экскскаватора
Конструктивная схема экскаватора драглайна ЭШ-15
Кинематические схемы главных механизмов
Диаграммы главных механизмов

список рекомендуемой литературы.doc

Список рекомендуемой литературы:
Горные машины и комплексы для открытых работ. ПОДЭРНИ Р.Ю. изд-во «Недра» 1971.
Чумаков Н.Н. Расчет приводов карьерных машин. - М.: Недра 1970.
Кравец. Методические указания по выполнению курсового проекта. – М.: Недра 1986.

Курсовой.doc

На открытых горных работах используются сотни моделей машин и оборудования. Их принято классифицировать по роду выполняемой работы т.е. по технологическому признаку. По этому признаку оборудование для открытых горных работ делится на следующие семь классов:
Машины для подготовки горных работ к выемке.
Выемочно-погрузочные машины.
Выемочно-транспортирующие машины.
Транспортные машины.
Отвалообразующие машины.
Сортировочно-обогатительное оборудование.
Машины для вспомогательных работ.
Машины каждого класса дополнительно можно разделить на группы.
Внутри каждой группы различают типы отличающиеся друг от друга уже не характером выполняемой работы а только конструкцией отдельных узлов или всей машины в целом.
Наконец каждый тип машины имеет несколько типоразмеров (моделей) совпадающих в основном по конструкции но различающихся между собой по производительности параметрам рабочего оборудования весу и т.д.
По такой классификации например одноковшовый карьерный экскаватор ЭКГ-32 оборудованный прямой лопатой находится в классе машин выемочно-погрузочных в группе одноковшовых экскаваторов относится к типу прямая лопата типоразмера 32 м3.
Кроме деления по технологическому признаку все горные машины могут быть классифицированы также по роду используемой энергии и виду силового оборудования ходового оборудования по способу экскавации весу и другим конструктивным признакам.
Каждая машина состоит из:
рабочего оборудования непосредственно выполняющего технологическую операцию:
силового оборудования;
передаточных механизмов связывающих рабочее оборудование и исполнительные механизмы с силовыми;
системы управления для включения и выключения отдельных механизмов машины;
ходового оборудования обеспечивающего транспортные и технологические перемещения машины;
несущих конструкции.
Рабочее оборудование и передаточные механизмы для машин каждого класса и каждой группы различны и определяются работами выполняемыми машиной (бурение разработка грунта транспортировка и т.д.).
Силовое же оборудование а также механизмы управления для большей части горных машин применяемых на открытых разработках одинаковы так как зависят только от условий и места эксплуатации машины. Так основная часть бурового и выемочно-погрузочного оборудования имеет электропривод тогда как выемочно-транспортирующие машины и экскаваторы работающие в условиях отсутствия линий электропередач оборудуются двигателями внутреннего сгорания.
1 Расположение оборудования на поворотной платформе и конструктивная схема экскаватора драглайна
Шагающие драглайны в СССР выпускается двумя заводами: НЗКМ им. В.И. Ленина и УЗТМ им. С. Оржаникидзе. Типажам предусмотрено создание ими базовых моделей с ковшами емкостью 5-125 м3 при длинах стрел от 45 до 100-125 м и весом до 16000т.
Драглайны используются на карьерах при бестранспортных системах разработки в условиях где длинная стрела дает им преимущество над механизмами при недостаточной несущей способности грунта или в условиях где мощность вскрыши достигает величин которые не могут быть отработаны с помощью вскрышных лопат.
Для экскаваторов ЭШ – 545 и ЭШ - 1060 характерно применение трехгранных трубчатых стрел. До 1968г. на всех драглайнах УЗТМ применялась вантово-матовая стрела. С 1968 г. экскаватор ЭШ – 1590Б а в последствии и все остальные модели завода выпускаются с трехгранной трубчатой стрелой имеющей более высокую надежность и эксплутационно-технические показатели.
У экскаваторов ЭШ - 545 и ЭШ – 1060 (ИКМЗ) применяются шагающие устройства механического типа эксцентриковое или кривошипно-шарнирное. Все драглайны выпускаемые на УЗТМ имеют рычажно-гидравлический ход за исключением проектируемого драглайна ЭШ – 80100 у которого предусматривается создание гидравлического механизма передвижения с полным отрывом базы от грунта.
При проектировании драглайна ЭШ – 80100 использован ряд новых решений повышающих надежность узлов машины более высококачественные стали с пределом прочности около 70кГмм2. В системе управления экскаватором предусматривается автоматизацияоперации подъема груженного ковша к голове стрелы по наиболее оптимальной траектории а также обеспечение постоянного натяжения подъемных канатов что исключает возможность падения ковша с кромки забоя вызывающего аварийные нагрузки на стрелу и снижает динамические нагрузки при отрыве ковша от грунта.
Расположение механизмов на поворотной платформе драглайна ЭШ – 25100.
Расположение основных агрегатов и механизмов на экскаваторах ЭШ – 1590А и ЭШ – 1590Б аналогично.
Оборудование на поворотной платформе экскаватора ЭШ – 25100 размещено более рационально чем на экскаваторе ЭШ – 1475: подъемная лебедка 1 сдвинута в крайнее заднее положение. Лебедки подъема 1 и тяги 2 развернуты в плане 1800 по отношению к положению которое они занимали на экскаваторе ЭШ – 1475. Механизмы поворота 3 расположены симметрично относительно оси вращения. Каждый из унифицированных механизмов подъема и тяги состоит из двух барабанов приводимых во вращение четырьмя электродвигателями.
Мотор-генераторные агрегаты 4 размещены в центральной части платформы. Вес агрегатов расположенных в задней части поворотной платформы у экскаваторов ЭШ – 1590 и ЭШ – 25100 создает момент достаточный для устойчивости экскаваторов что позволило избавиться от специального противовеса (балласта).
В передней части платформы расположено направляющее устройство для тяговых канатов 5 (пунктиром показана установка блоков для упряжи с четырьмя тяговыми канатами и безарочным ковшом). Слева и справа платформы размещены насосные установки 6 обслуживающие гидроцилиндры 7 шагающего устройства. Стреловая лебедка 8 находится в заднем а трансформаторы 9 в переднем откосе первого яруса поворотной платформы.
На втором ярусе поворотной платформы расположены приборы электрооборудования установка для кондиционирования воздуха и кабина машиниста.
2 Расчет производительности экскаватора
2.1 Теоретическая производительность QT м3ч:
где Е – емкость ковша м3;
ns - количество ковшей разгружаемых в минуту.
Для одноковшовых экскаваторов:
где tц – время цикла.
Подставляя формулу (1.2) в формулу (1.1) получим QT для одноковшовых экскаваторов:
QT =3600·Е tц (1.3)
Для данной машины теоретическая производительность всегда одина - кова и повысить ее можно внося усовершенствования в конструкционную машину. Теоретическая производительность позволяет сравнить различия машин и оценить их совершенство:
QT = 3600·1563 = 857 м3ч.
2.2 Техническая производительность – максимальная производительность для данного экскаватора при ее непрерывной работе в данном забое. Сравнивая техническую производительность экскаваторов рассчитанную для одноковшовых можно выяснить какая машина лучше подходит для данных условий. Техническая производительность QTЕХ м3ч определяется по формуле:
QTЕХ= 3600·Е·КН КР · tц (1.4)
где КН КР - коэффициенты наполнения и разрыхления породы соответственно.
КН=08-11 ; КР =11-14.
QTЕХ= 3600·15·1 12 · 63=714 м3ч.
2.3 Эксплуатационная производительность определяется по формуле:
где КИ - коэффициент использования экскаватора во времени.
КИ = 055-08 – для жд транспорта; КИ=08-09 – для авто и конвейерного транспорта.
Qэ = 714 ·06=4284 м3ч.
2.4 Сменная производительность определяется по формуле:
где Тсм - продолжительность смены 8-12 часов.
Qсм = 428·8= 3424 м3см.
2.5 Суточная производительность определяется по формуле:
Qсут = Qсм · псм (1.7)
где псм - количество смен в сутки (3).
Qсут = 3424 ·3=10272 м3сут.
2.6 Годовая производительность определяется по формуле:
Qгод = Qсут · п (1.8)
где п – число рабочих дней в году( 251).
Qгод =10272 ·251=2578272 м3год.
1 Определение линейных размеров весовых характеристик экскаваторов
Определяем весовые характеристики и линейные размеры рассчитываемого экскаватора. Полученные данные заносим в таблицу 2.1 и сравниваем их с экскаватором аналогом ЭШ-10.
Значения масс и линейных размеров конструктивных элементов одноковшовых экскаваторов необходимые для определения усилии возникающие при работе экскаватора могут быть вычислены по эмпирическим формулам.(т) всего экскаватора определяется по формуле:
т экс = Кэкс·Ет (2.1)
где К экс – коэффициент удельной массы экскаватора численно равный отношению массы экскаватора и вместимости ковша Кэкс=50-110тм3;
Е – вместимость ковшам3.
По величине т экскаватора определяем линейные размеры отдельных конструктивных элементов:
где KL – коэффициент линейных размеров отдельных конструктивных элементов.
Радиус задней стенки кузова
Длина стрелы драглайна
Максимальная высота копания
Максимальная высота разгрузки
Максимальный радиус копания
Максимальный радиус разгрузки
Таблица 2.1 - Линейные размеры и весовые характеристики экскаватора
Продолжение таблицы 2.1
Угол наклона стрелы градус
Высота пяты стрелы м
Радиус пяты стрелы м
Максимальный радиус разгрузки м
Максимальная высота разгрузки м
Максимальный радиус копания м
Максимальная глубина копания м
Определение массы основных узлов экскаватора
ткд= Скд1 ·(Скд2+Скд3 ·Е) (3.1)
где Скд1Скд2Скд3 – коэффициенты приведенные в таблице 3.1.
К массе ковша следует добавить массу упряжи у драглайна 10% массы ковша и в дальнейших расчетах пользоваться массами упряжи.
Скд1 = 07; Скд2 = 27;Скд3 = 012.
ткд= 07·(24+012 ·10)т.
стрелы драглайна тсд определяется по формуле:
тсд = Ссд · ткд · Lс (3.2)
где Ссд - расчетный коэффициент; Ссд=011-008;
ткд – масса ковша драглайна т;
Lс - длина стрелы м.
тсд = 01· 797· 19667= 1568т.
3 ковша с породой тк+п определяется по формула:
тк+п= т+(Е ·γ пКр) (3.3)
где γ п – плотность породы в целике γ п =18-25тм3;
Кр – коэффициент разрыхления породы Кр = 125.
тк+п = 1967+(15 ·2125)=4367 т.
4вращающихся частей экскаватора
поворотной платформы с механизмами тпл определяется по формуле:
тпл = Ктпл · тэкс (3.4)
Ктпл - коэффициент массы определяемый по таблице 3.5 Ктпл = 070-080.
тпл = 08 ·1200=960т.
5 Линейные размеры ковша определяются по формулам:
Расчет нагрузок на рабочее оборудование экскаватора
По расчетным линейным размерам вычерчиваются схемы для трех положении экскаватора:
Период поворота груженого ковша к месту разгрузки.
Период поворота порожнего ковша к забою.
Формирование нагрузок на рабочее оборудование экскаватора зависит от положения рабочего оборудования экскаватора и от принципа работы.
1 Усилие в тяговом канате
Сопротивление породы копанию
где К вол – отношение призмы волочения к объему ковша К вол применяют для мягких средних тяжелых пород соответственно 04;03;02;
К кд – сопротивление породы копанию;
К пут – коэффициент наполнения пути ковша;
К р – коэффициент разрыхления породы.
Сила трения ковша о породу
где α - угол откоса для легких средних и тяжелых условий работ;
ρ - коэффициент трения ковша о породу ρ=04.
Вес ковша с породой определяется по формуле:
где тк - масса ковша;
тпор - масса породы;
g - ускорение свободного падения.
Сила удерживающая ковш в горизонтальном положении:
Центральная сила удерживающая ковш на его траектории движения вокруг оси вращения платформы:
где б - угловая скорость вращения платформы; б=0105·пб =0105·13= 01365 радс;
Lраз - максимальный радиус разгрузки;
тк+п - масса ковша с породой; тк+п = тк+ тп
тк+п = 1967+(15 ·2125)=4367т
Усилие тягового каната в период копания определяется по формуле:
Усилие в тяговом канате в период поворота груженого ковша к месту разгрузки:
Усилие в тяговом канате в период поворота порожнего ковша в забой:
2 Усилие в подъемном канате
Во время копания на подъемный канат действуют нагрузки только в конце периода при отрыве ковша от забоя(2-3):
При повороте на разгрузку усилие в подъемном канате обуславливается только весом ковша с породой:
При повороте в забой усилие в подъемном канате обуславливается весом ковша:
Построение нагрузочных диаграмм
Для драглайна строятся диаграммы для механизмов подъема и тяги. Время необходимое для поворота платформы драглайна с груженым ковшом на разгрузку с порожним ковшом к забою составляет 70-80% времени полного цикла поэтому при построении нагрузочных диаграмм время цикла работы драглайна следует разбить на следующие:
время поворота на разгрузку tp и tз к забою причем
Определение мощности главных приводов экскаватора
Мощность двигателя механизма тяги в период копания
где т.д. =133мс – скорость тягового каната;
Мощность двигателя механизма тяги в период поворота груженого ковша к месту разгрузки
Мощность двигателя механизма тяги в период поворота порожнего ковша в забой. В этот период двигатель механизма тяги не работает.
Средневзвешенная мощность двигателя механизма тяги:
где tк - время копания с;
tр - время разгрузки с;
tц =63с - продолжительность цикла.
Так как двигателей тяги два то мощность одного двигателя
Для данного механизма подъема принимаем двигатели в количестве двух штук типа ПЭ-134-4К мощностью 350 кВт и с частотой вращения 1260 обмин.
Усилие действующее на подъемный механизм в период копания
Усилие действующее на подъемный механизм в период поворота груженого ковша
Усилие действующее на подъемный механизм в период поворота порожнего ковша в забой
Мощность двигателя механизма подъема в период копания
где п.д =258мс – скорость подъемного каната.
Мощность двигателя механизма подъема в период поворота груженого ковша
Мощность двигателя механизма подъема в период поворота порожнего ковша в забой
Средневзвешенная мощность двигателя механизма подъема:
где tотр =2-3с – время отрыва ковша.
Для данного механизма подъема принимаем двигатели в количестве двух штук типа МП-785-750 мощностью 540 кВт и с частотой вращения 730 обмин.
Расчет моментов инерции мощности механизма поворота
Массы вращающихся частей экскаватора.
Момент инерции поворотной платформы относительно вертикальной оси ее вращения.
Момент инерции платформы относительно оси параллельно вертикальной грани кузова проходящей через центр массы платформы.
Расстояние между осью вращения платформы и осью проходящей через центр массы платформы.
Момент инерции стрелы с блоками.
Расстояние от центра тяжести стрелы до оси вращения платформы.
Момент инерции вращения ковша с породой.
Момент вращения порожнего ковша.
Суммарный момент инерции вращающихся частей экскаватора с груженым ковшом.
Суммарный момент инерции экскаватора с порожним ковшом.
Мощность двигателя механизма поворота экскаватора.
Т.к. двигателя два то мощность каждого из них.
Для данного механизма поворота принимаем два двигателя типа ПЭ-134-4К мощностью 350кВт с частотой вращения 1260 обмин.
Определение передаточного числа главных механизмов
Полное передаточное число механизма подъема
Передаточное число редуктора
где - 540 обмин. – номинальная частота вращения.
Частота вращения подъемной лебедки
Подъем подъемного барабана
где - диаметр каната по пятикратному запасу прочности.
где - число двигателей подъемного механизма.
Полное передаточное число механизма тяги
где - номинальная частота вращения двигателя.
Частота вращения тяговой лебедки
где - скорость перемещения каната;
- число ветвей каната полиспаста.
Диаметр барабана тягового механизма
где - диаметр каната выбранный по пятикратному запасу прочности.
Статический расчет экскаватора
Давление на грунт шагающего экскаватора при работе
где - вес экскаватора;
Давление на грунт шагающего экскаватора при шагани
Равнодействующая веса экскаватора
где - максимальный радиус копания;
- максимальная высота разгрузки.
Наибольшее давление на грунт
Расчет уравновешенности поворотной платформы
Задачей расчета уравновешенности поворотной платформы является определение массы противовеса при которой равнодействующая силы тяжести поворотной платформы с механизмами противовеса и рабочего оборудования не выйдет за пределы периметра поворотного круга.противовеса определяется для двух положений ковша.
Положение 1. Ковш опущен на землю (исключается вес ковша для драглайна). Сумма моментов сил тяжести относительно точки А равно нулю.
Масса противовеса определяется
где и - сумма моментов опрокидывающих и удерживающих сил (вес G умноженный на плечо действия силы относительно точки А).
Положение 2. Зубья ковша на уровне напорного вала ковш поднят к головным блокам. Сумма моментов сил тяжести относительно точки В равна нулю.
Масса противовеса равна
При выборе массы противовеса экскаватора достаточно получить и принять массу противовеса такой чтобы
Если масса противовеса для положения 2 получается больше чем для положения 1 то это указывает что чрезмерное смещение механизмов на платформе вперед на слишком длинное и тяжелое оборудование или на то что выбранный диаметр поворотного круга мал. Радиус поворотного круга рекомендуется изменить не более чем на 10-15%.
Определяем сумму моментов опрокидывающих сил
Вычисляем сумму моментов удерживающих сил
Далее вычисляем составляющие данных уравнении:
Шагающее ходовое оборудование
Привод шагающего механизма расходует энергию на подъем экскаватора массой преодоление сил трения базы о грунт при перемещении экскаватора и на перенос ходовых башмаков (смотри приложение 4). Таким образом полная работа А (кДж) равна:
Работа затрачиваемая на подъем экскаватора А1 (кДж) определяется:
где - коэффициент учитывающий часть веса экскаватора передаваемый на башмаки;
- высота подъема центра тяжести экскаватора.
Работа затрачиваемая на преодоление сил трения базы о породу А2 (кДж) определится:
- для кривошипного механизма шагания;
- для гидравлического механизма шагания;
- коэффициент трения базы о породу;
- максимальный угол преодолеваемого подъема.
Работа затрачиваемая на перенос башмаковмала ею можно пренебречь.
Мощность привода Рш (кВт) определится из выражения:
где - продолжительность одного шага;
- КПД механизма шагания;
- для гидравлического механизма шагания.
Продолжительность одного шага тсек определиться:
где - скорость шагания.

Содержание.doc

1 Расположение оборудования на поворотной платформе и конструктивная схема драглайна
2 Расчет производительности экскаватора
2.1 Теоретическая производительность
2.2 Техническая производительность
2.3 Эксплуатационная производительность
2.4 Сменная производительность
2.5 Суточная производительность
2.6 Годовая производительность
1 Определение линейных размеров весовых характеристик экскаваторов
Определение массы основных узлов экскаватора
4вращающихся частей экскаватора
5 Линейные размеры ковша
Расчет нагрузок на рабочее оборудование экскаватора
1 Усилие в тяговом канате
2 Усилие в подъемном канате
Построение нагрузочных диаграмм
Определение мощности главных приводов экскаватора
Расчет моментов инерции мощности механизма поворота
Определение передаточного числа главных механизмов
Статический расчет экскаватора
Расчет уравновешенности поворотной платформы
Шагающее ходовое оборудование
Список рекомендуемой литературы