Определить параметры рабочего оборудования

Решение

За основу проектируемого каналокопателя взят однофрезерный каналокопатель ЭТР-153

 

 

Направление вращения фрезы принимаем прямым во избежание забрасывания разработанного грунта в отрываемый канал и для уменьшения мощности на трение между откосом канала и рабочим органом. Толщина разбрасываемого слоя принимаем по литературе [1] h _от =0,15 м.

Определяем площадь поперечного сечения канала (рис 3.1):

Условная техническая производительность каналокопателя при непрерывной работе

 

• Для ротационных рабочих органов, у которых ось вращения расположена в плоскости, перпендикулярной направлению движения

=0,5*1,5=0,75м2

Пт=60*0,75*1,56=70,2 м3/час

Рисунок 3.1 – Схема к определению дальности отбрасывания разработанного фрезами грунта.

 

Определяем дальность разбрасывания грунта фрезами:

l _от = А _к k _p / 2 h _от;

l _от = 0,75·1,2 / 2 ·0,15 = 10,44 м.

 

где, h _от – толщина разбрасываемого слоя h _от = 0,15 м;

k _p = 1,2 – коэффициент разрыхления [1];

 

Определяем окружную скорость фрезы:

 

Vокр = (1,3 … 1,5) lот;

Vокр = (1,3 … 1,5) · 10,44 = 13,5 … 15,6 м/сек.

 

Угол разгрузки выбираем q = 60˚ [1];

Определяем радиус фрезы по концам ножей (рис 3.4):

 

r _фр = Н _у /[(1 + cos q) sinλ];

r _фр =1,12 /[(1 + cos 60)sin54] = 0,9 м,

 

Тогда диаметр фрезы D_фр = 2 · r_фр = 1,8 м.

 

Рисунок 3.4 – Схема к определению диаметра фрезы

Ширину фрезы определяем по формуле:

b _фр = D _фр/(15…20);

b _фр = 1,8/(15…20) = 0,12…0,09 м.

Ширину фрезы принимаем b _фр = 0,12 м,

При одной линиях резания: b _н = b _фр / 1 = 0,12 / 1 = 0,12,

Ширину ножа принимаем b _н = 0,12 м.

 

Таблица – Основные параметры рабочего оборудования

Параметр	Размерность	Значение
Техническая производительность Окружная скорость фрез Диаметр фрезы по концам по концам ножей Ширина фрезы Число ножей на фрезе Число внутренних лопаток на фрезе Ширина внутренней лопатки Длина лопатки Угол отклонения лопатки от радиального направления Угловая скорость фрез Номинальная скорость рабочего передвижения	м3/ч (м3/с) м/с мм мм шт. шт. мм мм градус рад/с м/ч (м/с)	70,2 (0,019) 3*2 90 (0,026)

 

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

В общем виде мощность на привод рабочего органа каналокопателя определяется следующим выражением:

 

Р_{р. о}= (Р_кн + Р_кл + Р_р + Р_под + Р_тр) /h_р.о;

 

где Ркн, Ркл,Рр, Рпод,Ртр – соответственно мощности на копание грунта ножами, на копание лопатками, на разгон грунта, на подъем грунта и трение;

hр.о – к.п.д. рабочего органа, учитывающий потери мощности на разрушение грунта торцами лопаток, трение грунта о лопатки, на рыхление грунта рушителями и др. Для расчетов принимается hр.о = 0,7...0,8 [3].

Мощность на копание грунта ножами определяется выражением:

 

P_кн= 2 · k₁ · b_фр · l_от · v_п;

 

где k1 – удельное сопротивление грунта копанию;

 

l_от = Н_у/ sinλср;

l_от = 1,12/ sin 54 = 1,4 м.

 

Значение k1 зависит от средней толщины стружки δср.

Определяем δср:

δ_ср = с · sin (φ_к/2);

δ_ср = 0,004 · sin (120/2) = 0,003 м.

с = v_п · Т_н ·/ v_окр;

с = 0,026 · 1,8/ 14 = 0,004 м.

Определяем k1:

 

k₁ = k · δ_ср-е · k_α · k_b · k_φ · k_г,

 

где k – коэффициент сопротивления копанию стружки;

е – показатель степени, принимаемый для торфяных грунтов – 0,33;

kα,kb,kφ,kг – соответственно коэффициенты, зависящие от угла резания α, ширины ножа bн, угла контакта φк, числа ударов Суд.

По таблице 4.2 [3] принимаем значения коэффициентов для определения k1:

Суд = 4 – для грунтов ǀ категории.

где – k = 160; δ_ср = 0,003; k_α = 1,3; k_b =1,04; k_φ = 1; k_г = 0,57.

 

= 1/0,30,33 = 1,49,

k1 = 160 · 1,49 · 1,3 · 1,04 · 1 · 0,57 = 180 кПа.

 

При наличии в грунте погребенной древесины значения k1 следует увеличить в 1,5…2 раза. Т.к. по заданию имеются древесные включения, k1 увеличиваем в 2 раза.

k1 = 180 · 2 = 360 кПа,

 

Pкн = 2 · 360 · 0,12 · 1,4 · 0,026 = 3,14 кВт.

 

Мощность на копание лопатками:

 

Р_кл= D · k₁ · П_т · (Ак – Ан)/Ак,

где Ан – площадь канала, вырезаемая ножами.

D – коэффициент, учитывающий снижение k1 за счет того, что боковые кромки ножа разбрасывают обрушивающий грунт, принимаем D = 0,5[3].

А_н = 2 · b_фр · l_от;

А_н = 2 · 0,12 · 1,4 = 0,4 м2,

 

Ркл = 0,5 · 360 · 0,019 · (2,61 – 0,4)/2,61 =2,91 кВт.

 

Мощность на разгон грунта Рр определяется по формуле:

 

Р_р = П_т · ρ · v_окр12/2,

 

где v_окр1 – окружная скорость радиального сечения транспортируемого фрезой грунта, ориентировочно vокр1 = (0,8...0,9)vокр;

ρ – плотность грунта, принимаем ρ = 1700 кг/м3.

 

v_окр1 = (0,8...0,9) · 14 = 11,2…12,6 м/с,

 

Принимаем vокр1 = 12 м/с.

Рр = 0,019 · 1,1 · 122/2 = 1,5 кВт.

 

Мощность на подъем грунта определяется по формуле:

 

Рп = Пт · ρ · g · Hп,

 

где Нп – высота подъема грунта, рассчитывается по формуле:

 

Нп = Ну/2;

Нп = 1,12/2 = 0,56 м.

 

Рп = 0,019 · 1,1 · 9,81 · 0,56 = 0,09 кВт.

 

Мощность на трение определяется по формуле:

 

Ртр = f2 · Пт · ρ · vокр2/2;

Ртр = 0,7 · 0,019 · 1,1 · 142/2 = 1,44 кВт.

 

где f2 – соответственно мощность на трение грунта о поверхность забоя, о лопатки.

Определяем мощность на привод рабочего органа каналокопателя:

Рр. о = (3,14+2,91+1,5+0,09+1,44) /0,75 = 12,6 кВт.

 

Мощность, приведенная к валу двигателя:

Рр. одв = Рр. о/ηтр,

где ηтр – к.п.д. трансмиссии, принимаем ηтр = 0,8.

Рр. одв = 12,6/0,8 = 15,3 кВт.

 

По этой мощности определяем мощность двигателя:

 

Рдв = kз · Рр. одв;

Рдв =(1,2…1,3) · 15,3 = 20 кВт.

 

Принимаем двигатель СМД – 14, номинальная мощность двигателя 25 кВт, при 1700 об/мин коленчатого вала. Ориентируемся на базовую машину МК – 23. Масса данной машины 7,81 т, учитывая, что бульдозерного отвала нет. Масса рабочего органа 1,6 т.

 

Задача 2

 

Определить мощность двигателя для каналокопателя двухфрезерного с осью вращения перпендикулярной откосу. Проектная глубина канала 1,5 м, ширина канала по дну 0,5м.

 

Решение

За основу проектируемого каналокопателя взят двухфрезерный каналокопатель ЭТР-153

 

 

Направление вращения фрезы принимаем прямым во избежание забрасывания разработанного грунта в отрываемый канал и для уменьшения мощности на трение между откосом канала и рабочим органом. Толщина разбрасываемого слоя принимаем по литературе [1] h _от =0,15 м.

Условная техническая производительность каналокопателя при непрерывной работе

 

Определяем площадь поперечного сечения канала (рис 3.1):

 

;

А _к = 4·1,4·()/3 = 2,61 м²,

 

где Н_к – глубина канала (рис 3.1, 3.2) Н = 1,4 м;

а = 0,7.

Пт=60*2,61*1,56=250 м3/ч= 0,069 м3/с

Рисунок 3.1 – Схема к определению дальности отбрасывания разработанного фрезами грунта.

 

Определяем дальность разбрасывания грунта фрезами:

l _от = А _к k _p / 2 h _от;

l _от = 2,61·1,2 / 2 ·0,15 = 10,44 м.

 

где, h _от – толщина разбрасываемого слоя h _от = 0,15 м;

k _p = 1,2 – коэффициент разрыхления [1];

 

Определяем окружную скорость фрезы:

 

Vокр = (1,3 … 1,5) lот;

Vокр = (1,3 … 1,5) · 10,44 = 13,5 … 15,6 м/сек.

 

Угол разгрузки выбираем q = 60˚ [1];

Определяем радиус фрезы по концам ножей (рис 3.4):

 

r _фр = Н _у /[(1 + cos q) sinλ];

r _фр =1,12 /[(1 + cos 60)sin54] = 0,9 м,

 

Тогда диаметр фрезы D_фр = 2 · r_фр = 1,8 м.

 

Рисунок 3.4 – Схема к определению диаметра фрезы

Ширину фрезы определяем по формуле:

b _фр = D _фр/(15…20);

b _фр = 1,8/(15…20) = 0,12…0,09 м.

Ширину фрезы принимаем b _фр = 0,12 м,

При двух линиях резания: b _н = b _фр / 2 = 0,12 / 2 = 0,06,

Ширину ножа принимаем b _н = 0,06 м.

 

Таблица – Основные параметры рабочего оборудования

Параметр	Размерность	Значение
Техническая производительность Окружная скорость фрез Диаметр фрезы по концам по концам ножей Ширина фрезы Число ножей на фрезе Число внутренних лопаток на фрезе Ширина внутренней лопатки Длина лопатки Угол отклонения лопатки от радиального направления Угловая скорость фрез Номинальная скорость рабочего передвижения	м3/ч (м3/с) м/с мм мм шт. шт. мм мм градус рад/с м/ч (м/с)	250 (0,069) 3*2 90 (0,026)

 

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

В общем виде мощность на привод рабочего органа каналокопателя определяется следующим выражением:

 

Р_{р. о}= (Р_кн + Р_кл + Р_р + Р_под + Р_тр) /h_р.о;

 

где Ркн, Ркл,Рр, Рпод,Ртр – соответственно мощности на копание грунта ножами, на копание лопатками, на разгон грунта, на подъем грунта и трение;

hр.о – к.п.д. рабочего органа, учитывающий потери мощности на разрушение грунта торцами лопаток, трение грунта о лопатки, на рыхление грунта рушителями и др. Для расчетов принимается hр.о = 0,7...0,8 [3].

Мощность на копание грунта ножами определяется выражением:

 

P_кн= 2 · k₁ · b_фр · l_от · v_п;

 

где k1 – удельное сопротивление грунта копанию;

 

l_от = Н_у/ sinλср;

l_от = 1,12/ sin 54 = 1,4 м.

 

Значение k1 зависит от средней толщины стружки δср.

Определяем δср:

δ_ср = с · sin (φ_к/2);

δ_ср = 0,004 · sin (120/2) = 0,003 м.

с = v_п · Т_н ·/ v_окр;

с = 0,026 · 1,8/ 14 = 0,004 м.

Определяем k1:

 

k₁ = k · δ_ср-е · k_α · k_b · k_φ · k_г,

 

где k – коэффициент сопротивления копанию стружки;

е – показатель степени, принимаемый для торфяных грунтов – 0,33;

kα,kb,kφ,kг – соответственно коэффициенты, зависящие от угла резания α, ширины ножа bн, угла контакта φк, числа ударов Суд.

По таблице 4.2 [3] принимаем значения коэффициентов для определения k1:

Суд = 4 – для грунтов ǀ категории.

где – k = 160; δ_ср = 0,003; k_α = 1,3; k_b =1,04; k_φ = 1; k_г = 0,57.

 

= 1/0,30,33 = 1,49,

k1 = 160 · 1,49 · 1,3 · 1,04 · 1 · 0,57 = 180 кПа.

 

При наличии в грунте погребенной древесины значения k1 следует увеличить в 1,5…2 раза. Т.к. по заданию имеются древесные включения, k1 увеличиваем в 2 раза.

k1 = 180 · 2 = 360 кПа,

 

Pкн = 2 · 360 · 0,06 · 1,4 · 0,026 = 1,57 кВт.

 

Мощность на копание лопатками:

 

Р_кл= D · k₁ · П_т · (Ак – Ан)/Ак,

где Ан – площадь канала, вырезаемая ножами.

D – коэффициент, учитывающий снижение k1 за счет того, что боковые кромки ножа разбрасывают обрушивающий грунт, принимаем D = 0,5[3].

А_н = 2 · b_фр · l_от;

А_н = 2 · 0,12 · 1,4 = 0,4 м2,

 

Ркл = 0,5 · 360 · 0,069 · (2,61 – 0,4)/2,61 =10,5 кВт.

 

Мощность на разгон грунта Рр определяется по формуле:

 

Р_р = П_т · ρ · v_окр12/2,

 

где v_окр1 – окружная скорость радиального сечения транспортируемого фрезой грунта, ориентировочно vокр1 = (0,8...0,9)vокр;

ρ – плотность грунта, принимаем ρ = 1700 кг/м3.

 

v_окр1 = (0,8...0,9) · 14 = 11,2…12,6 м/с,

 

Принимаем vокр1 = 12 м/с.

Рр = 0,069 · 1,1 · 122/2 = 5,4 кВт.

 

Мощность на подъем грунта определяется по формуле:

 

Рп = Пт · ρ · g · Hп,

 

где Нп – высота подъема грунта, рассчитывается по формуле:

 

Нп = Ну/2;

Нп = 1,12/2 = 0,56 м.

 

Рп = 0,069 · 1,1 · 9,81 · 0,56 = 0,5 кВт.

 

Мощность на трение определяется по формуле:

 

Ртр = f2 · Пт · ρ · vокр2/2;

Ртр = 0,7 · 0,069 · 1,1 · 142/2 = 5,2 кВт.

 

где f2 – соответственно мощность на трение грунта о поверхность забоя, о лопатки.

Определяем мощность на привод рабочего органа каналокопателя:

Рр. о = (1,57 + 7,5 + 11,7 + 0,57 + 11,6) /0,75 = 38,6 кВт.

 

Мощность, приведенная к валу двигателя:

Рр. одв = Рр. о/ηтр,

где ηтр – к.п.д. трансмиссии, принимаем ηтр = 0,8.

Рр. одв = 38,6/0,8 = 48,7 кВт.

 

По этой мощности определяем мощность двигателя:

 

Рдв = kз · Рр. одв;

Рдв =(1,2…1,3) · 48,7 = 60,8…65,9 кВт.

 

Принимаем двигатель СМД – 14, номинальная мощность двигателя 66 кВт, при 1700 об/мин коленчатого вала. Ориентируемся на базовую машину МК – 23. Масса данной машины 7,81 т, учитывая, что бульдозерного отвала нет. Масса рабочего органа 1,6 т.

 

 

Задача 3

 

Определить мощность двигателя для каналокопателя двухротороного с осью вращения перпендикулярной откосу. Проектная глубина канала 1,5 м, ширина канала по дну 0,5м.

 

Решение

 

Расчет производительности

 

Условная техническая производительность каналокопателя при непрерывной работе

 

Определяем площадь поперечного сечения канала (рис 3.1):

 

;

А _к = 4·1,4·()/3 = 2,61 м²,

 

где Н_к – глубина канала (рис 3.1, 3.2) Н = 1,4 м;

а = 0,7.

Пт=60*2,61*1,56=250 м3/ч= 0,069 м3/с

Рисунок 3.1 – Схема к определению дальности отбрасывания разработанного грунта.

 

 

Баланс мощности

 

В общем виде баланс мощности роторного каналокопателя может быть выражен следующим образом:

 

N = N_K + N_p + N_П + N_nep = 3,5+0,78+1.34+8.68=14,21 кВт

 

где N_K – затрата мощности на резание (копание) грунта;

N_р – затрата мощности на разгон грунта до скорости вращения роторов;

N_П – расход мощности на подъем грунта;

N_nep – затраты мощности на передвижение машины;

Мощности необходимая для копания грунта роторами

 

 

где П_Т – техническая производительность, = 250 м³/ч;

k₁ – удельное сопротивление копанию.

 

кВт

 

Затрата мощности на разгон грунта

 

(2.6)

 

где v – линейная скорость грунта, v = 0.9 м/с.

γ_гр – плотность грунта в плотном состоянии, γ = 1400 кг/м³

 

Вт = 0,78 кВт

 

Расход мощности на подъем грунта

 

(2.7)

 

где Н – глубина траншеи, Н = 1.4 м;

Н₀ – высота отвала Н₀ = 0,7 м.

 

кВт

 

В роторах типа инерционных роторов каналокопателя КФН – 1200 трение грунта по откосом канала отсутствует, поэтому N_ТР ≈ 0.

 

Мощность на перемещение тяговое машин

 

(2.8)

 

где Т_max – максимальное тяговое усилие при движении каналокопателя,

Т_max = 90 кН.

V_пер – скорость перемещения, V_пер = 0.26 м/с;

η_X – КПД ходового механизма, η_X = 0.8;

η_ТР – КПДтрансмиссии, η_ТР = 0.72.

 

кВт

 

Мощность, приведенная к валу двигателя:

Рр. одв = Рр. о/ηтр,

где ηтр – к.п.д. трансмиссии, принимаем ηтр = 0,8.

Рр. одв = 14.21/0,8 = 17,7 кВт.

 

По этой мощности определяем мощность двигателя:

 

Рдв = kз · Рр. одв;

Рдв =(1,2…1,3) · 17,7 = 23 кВт.

 

 

Задача 4

 

Определить мощность двигателя для каналокопателя однофрезерного с осью вращения перпендикулярной откосу. Проектная глубина канала 1,5 м, ширина канала по дну 0,5м.

 

Решение

За основу проектируемого каналокопателя взят однофрезерный каналокопатель ЭТР-153

 

 

Направление вращения фрезы принимаем прямым во избежание забрасывания разработанного грунта в отрываемый канал и для уменьшения мощности на трение между откосом канала и рабочим органом. Толщина разбрасываемого слоя принимаем по литературе [1] h _от =0,15 м.

Условная техническая производительность каналокопателя при непрерывной работе

m – кол-во фрез

Так как каналокопатель однофрезерный то полностью разрабатываемая площадь получится за 2 прохода.

Определяем площадь поперечного сечения канала (рис 3.1):

 

;

А _к = 4·1,5·()/3 = 2,92 м²,

где Н_к – глубина канала (рис 3.1, 3.2) Н = 1,5 м;

а = 0,7.

Рисунок 3.1 – Схема к определению дальности отбрасывания разработанного фрезами грунта.

 

Определяем дальность разбрасывания грунта фрезами:

l _от = А _к k _p / 2 h _от;

l _от = 2,92·1,2 / 2 ·0,15 = 11,7 м.

 

где, h _от – толщина разбрасываемого слоя h _от = 0,15 м;

k _p = 1,2 – коэффициент разрыхления [1];

 

Определяем окружную скорость фрезы:

Vокр = (1,3 … 1,5) lот;

Vокр = (1,3 … 1,5) · 11,7 = 17,6 м/сек.

 

Угол разгрузки выбираем q = 60˚ [1];

Определяем радиус фрезы по концам ножей (рис 3.4):

 

r _фр = Н _у /[(1 + cos q) sinλ];

r _фр =1,12 /[(1 + cos 60)sin54] = 0,9 м,

 

Тогда диаметр фрезы D_фр = 2 · r_фр = 1,8 м.

 

Рисунок 3.4 – Схема к определению диаметра фрезы

Ширину фрезы определяем по формуле:

b _фр = D _фр/(15…20);

b _фр = 1,8/(15…20) = 0,12…0,09 м.

Ширину фрезы принимаем b _фр = 0,12 м,

При одной линиях резания: b _н = b _фр / 1 = 0,12 / 1 = 0,12,

Ширину ножа принимаем b _н = 0,12 м.

 

Таблица – Основные параметры рабочего оборудования

Параметр	Размерность	Значение
Техническая производительность Окружная скорость фрез Диаметр фрезы по концам по концам ножей Ширина фрезы Число ножей на фрезе Число внутренних лопаток на фрезе Ширина внутренней лопатки Длина лопатки Угол отклонения лопатки от радиального направления Угловая скорость фрез Номинальная скорость рабочего передвижения	м3/ч (м3/с) м/с мм мм шт. шт. мм мм градус рад/с м/ч (м/с)	136 (0,037) 3*2 90 (0,026)

 

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

В общем виде мощность на привод рабочего органа каналокопателя определяется следующим выражением:

 

Р_{р. о}= (Р_кн + Р_кл + Р_р + Р_под + Р_тр) /h_р.о;

 

где Ркн, Ркл,Рр, Рпод,Ртр – соответственно мощности на копание грунта ножами, на копание лопатками, на разгон грунта, на подъем грунта и трение;

hр.о – к.п.д. рабочего органа, учитывающий потери мощности на разрушение грунта торцами лопаток, трение грунта о лопатки, на рыхление грунта рушителями и др. Для расчетов принимается hр.о = 0,7...0,8 [3].

Мощность на копание грунта ножами определяется выражением:

 

P_кн= 2 · k₁ · b_фр · l_от · v_п;

 

где k1 – удельное сопротивление грунта копанию;

 

l_от = Н_у/ sinλср;

l_от = 1,12/ sin 54 = 1,4 м.

 

Значение k1 зависит от средней толщины стружки δср.

Определяем δср:

δ_ср = с · sin (φ_к/2);

δ_ср = 0,004 · sin (120/2) = 0,003 м.

с = v_п · Т_н ·/ v_окр;

с = 0,026 · 1,8/ 14 = 0,004 м.

Определяем k1:

 

k₁ = k · δ_ср-е · k_α · k_b · k_φ · k_г,

 

где k – коэффициент сопротивления копанию стружки;

е – показатель степени, принимаемый для торфяных грунтов – 0,33;

kα,kb,kφ,kг – соответственно коэффициенты, зависящие от угла резания α, ширины ножа bн, угла контакта φк, числа ударов Суд.

По таблице 4.2 [3] принимаем значения коэффициентов для определения k1:

Суд = 4 – для грунтов ǀ категории.

где – k = 160; δ_ср = 0,003; k_α = 1,3; k_b =1,04; k_φ = 1; k_г = 0,57.

 

= 1/0,30,33 = 1,49,

k1 = 160 · 1,49 · 1,3 · 1,04 · 1 · 0,57 = 180 кПа.

 

При наличии в грунте погребенной древесины значения k1 следует увеличить в 1,5…2 раза. Т.к. по заданию имеются древесные включения, k1 увеличиваем в 2 раза.

k1 = 180 · 2 = 360 кПа,

 

Pкн = 2 · 360 · 0,12 · 1,4 · 0,026 = 3,14 кВт.

 

Мощность на копание лопатками:

 

Р_кл= D · k₁ · П_т · (Ак – Ан)/Ак,

где Ан – площадь канала, вырезаемая ножами.

D – коэффициент, учитывающий снижение k1 за счет того, что боковые кромки ножа разбрасывают обрушивающий грунт, принимаем D = 0,5[3].

А_н = 2 · b_фр · l_от;

А_н = 2 · 0,12 · 1,4 = 0,4 м2,

 

Ркл = 0,5 · 360 · 0,037 · (2,92 – 0,4)/2,61 =10,5 кВт.

 

Мощность на разгон грунта Рр определяется по формуле:

 

Р_р = П_т · ρ · v_окр12/2,

 

где v_окр1 – окружная скорость радиального сечения транспортируемого фрезой грунта, ориентировочно vокр1 = (0,8...0,9)vокр;

ρ – плотность грунта, принимаем ρ = 1700 кг/м3.

 

v_окр1 = (0,8...0,9) · 14 = 11,2…12,6 м/с,

 

Принимаем vокр1 = 12 м/с.

Рр = 0,037 · 1,1 · 122/2 = 5,4 кВт.

 

Мощность на подъем грунта определяется по формуле:

 

Рп = Пт · ρ · g · Hп,

 

где Нп – высота подъема грунта, рассчитывается по формуле:

 

Нп = Ну/2;

Нп = 1,12/2 = 0,56 м.

 

Рп = 0,037 · 1,1 · 9,81 · 0,56 = 0,5 кВт.

 

Мощность на трение определяется по формуле:

 

Ртр = f2 · Пт · ρ · vокр2/2;

Ртр = 0,7 · 0,037 · 1,1 · 142/2 = 5,2 кВт.

 

где f2 – соответственно мощность на трение грунта о поверхность забоя, о лопатки.

Определяем мощность на привод рабочего органа каналокопателя:

Рр. о = (2,1 + 7,5 + 11,7 + 0,57 + 11,6) /0,75 = 40,6 кВт.

 

Мощность, приведенная к валу двигателя:

Рр. одв = Рр. о/ηтр,

где ηтр – к.п.д. трансмиссии, принимаем ηтр = 0,8.

Рр. одв = 40,6/0,8 = 50,7 кВт.

 

По этой мощности определяем мощность двигателя:

 

Рдв = kз · Рр. одв;

Рдв =(1,2…1,3) · 50,7 = 60,8…65,9 кВт.

 

Принимаем двигатель СМД – 14, номинальная мощность двигателя 66 кВт, при 1700 об/мин коленчатого вала. Ориентируемся на базовую машину МК – 23. Масса данной машины 7,81 т, учитывая, что бульдозерного отвала нет. Масса рабочего органа 1,6 т.

 

Задача 5

 

Определить мощность двигателя для каналокопателя однофрезерного с осью вращения параллельной оси движения машины. Проектная глубина канала 1,5 м, ширина канала по дну 0,5м.

 

Решение

За основу проектируемого каналокопателя взят однофрезерный каналокопатель ЭТР-153

 

 

Направление вращения фрезы принимаем прямым во избежание забрасывания разработанного грунта в отрываемый канал и для уменьшения мощности на трение между откосом канала и рабочим органом. Толщина разбрасываемого слоя принимаем по литературе [1] h _от =0,15 м.

Условная техническая производительность каналокопателя при непрерывной работе

 

Определяем площадь поперечного сечения канала (рис 3.1):

 

;

А _к = 4·1,4·()/3 = 2,61 м²,

 

где Н_к – глубина канала (рис 3.1, 3.2) Н = 1,4 м;

а = 0,7.

Пт=60*2,61*1,56=250 м3/ч= 0,069 м3/с

Рисунок 3.1 – Схема к определению дальности отбрасывания разработанного фрезами грунта.

 

Определяем дальность разбрасывания грунта фрезами:

l _от = А _к k _p / 2 h _от;

l _от = 2,61·1,2 / 2 ·0,15 = 10,44 м.

 

где, h _от – толщина разбрасываемого слоя h _от = 0,15 м;

k _p = 1,2 – коэффициент разрыхления [1];

 

Определяем окружную скорость фрезы:

 

Vокр = (1,3 … 1,5) lот;

Vокр = (1,3 … 1,5) · 10,44 = 13,5 … 15,6 м/сек.

 

Угол разгрузки выбираем q = 60˚ [1];

Определяем радиус фрезы по концам ножей (рис 3.4):

 

r _фр = Н _у /[(1 + cos q) sinλ];

r _фр =1,12 /[(1 + cos 60)sin54] = 0,9 м,

 

Тогда диаметр фрезы D_фр = 2 · r_фр = 1,8 м.

 

Рисунок 3.4 – Схема к определению диаметра фрезы

Ширину фрезы определяем по формуле:

b _фр = D _фр/(15…20);

b _фр = 1,8/(15…20) = 0,12…0,09 м.

Ширину фрезы принимаем b _фр = 0,12 м,

При двух линиях резания: b _н = b _фр / 2 = 0,12 / 2 = 0,06,

Ширину ножа принимаем b _н = 0,06 м.

 

Таблица – Основные параметры рабочего оборудования

Параметр	Размерность	Значение
Техническая производительность Окружная скорость фрез Диаметр фрезы по концам по концам ножей Ширина фрезы Число ножей на фрезе Число внутренних лопаток на фрезе Ширина внутренней лопатки Длина лопатки Угол отклонения лопатки от радиального направления Угловая скорость фрез Номинальная скорость рабочего передвижения	м3/ч (м3/с) м/с мм мм шт. шт. мм мм градус рад/с м/ч (м/с)	250 (0,069) 3*2 90 (0,026)

 

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

В общем виде мощность на привод рабочего органа каналокопателя определяется следующим выражением:

 

Р_{р. о}= (Р_кн + Р_кл + Р_р + Р_под + Р_тр) /h_р.о;

 

где Ркн, Ркл,Рр, Рпод,Ртр – соответственно мощности на копание грунта ножами, на копание лопатками, на разгон грунта, на подъем грунта и трение;

hр.о – к.п.д. рабочего органа, учитывающий потери мощности на разрушение грунта торцами лопаток, трение грунта о лопатки, на рыхление грунта рушителями и др. Для расчетов принимается hр.о = 0,7...0,8 [3].

Мощность на копание грунта ножами определяется выражением:

 

P_кн= 2 · k₁ · b_фр · l_от · v_п;

 

где k1 – удельное сопротивление грунта копанию;

 

l_от = Н_у/ sinλср;

l_от = 1,12/ sin 54 = 1,4 м.

 

Значение k1 зависит от средней толщины стружки δср.

Определяем δср:

δ_ср = с · sin (φ_к/2);

δ_ср = 0,004 · sin (120/2) = 0,003 м.

с = v_п · Т_н ·/ v_окр;

с = 0,026 · 1,8/ 14 = 0,004 м.

Определяем k1:

 

k₁ = k · δ_ср-е · k_α · k_b · k_φ · k_г,

 

где k – коэффициент сопротивления копанию стружки;

е – показатель степени, принимаемый для торфяных грунтов – 0,33;

kα,kb,kφ,kг – соответственно коэффициенты, зависящие от угла резания α, ширины ножа bн, угла контакта φк, числа ударов Суд.

По таблице 4.2 [3] принимаем значения коэффициентов для определения k1:

Суд = 4 – для грунтов ǀ категории.

где – k = 160; δ_ср = 0,003; k_α = 1,3; k_b =1,04; k_φ = 1; k_г = 0,57.

 

= 1/0,30,33 = 1,49,

k1 = 160 · 1,49 · 1,3 · 1,04 · 1 · 0,57 = 180 кПа.

 

При наличии в грунте погребенной древесины значения k1 следует увеличить в 1,5…2 раза. Т.к. по заданию имеются древесные включения, k1 увеличиваем в 2 раза.

k1 = 180 · 2 = 360 кПа,

 

Pкн = 2 · 360 · 0,06 · 1,4 · 0,026 = 1,57 кВт.

 

Мощность на копание лопатками:

 

Р_кл= D · k₁ · П_т · (Ак – Ан)/Ак,

где Ан – площадь канала, вырезаемая ножами.

D – коэффициент, учитывающий снижение k1 за счет того, что боковые кромки ножа разбрасывают обрушивающий грунт, принимаем D = 0,5[3].

А_н = 2 · b_фр · l_от;

А_н = 2 · 0,12 · 1,4 = 0,4 м2,

 

Ркл = 0,5 · 360 · 0,069 · (2,61 – 0,4)/2,61 =10,5 кВт.

 

Мощность на разгон грунта Рр определяется по формуле:

 

Р_р = П_т · ρ · v_окр12/2,

 

где v_окр1 – окружная скорость радиального сечения транспортируемого фрезой грунта, ориентировочно vокр1 = (0,8...0,9)vокр;

ρ – плотность грунта, принимаем ρ = 1700 кг/м3.

 

v_окр1 = (0,8...0,9) · 14 = 11,2…12,6 м/с,

 

Принимаем vокр1 = 12 м/с.

Рр = 0,069 · 1,1 · 122/2 = 5,4 кВт.

 

Мощность на подъем грунта определяется по формуле:

 

Рп = Пт · ρ · g · Hп,

 

где Нп – высота подъема грунта, рассчитывается по формуле:

 

Нп = Ну/2;

Нп = 1,12/2 = 0,56 м.

 

Рп = 0,069 · 1,1 · 9,81 · 0,56 = 0,5 кВт.

 

Мощность на трение определяется по формуле:

 

Ртр = f2 · Пт · ρ · vокр2/2;

Ртр = 0,7 · 0,069 · 1,1 · 142/2 = 5,2 кВт.

 

где f2 – соответственно мощность на трение грунта о поверхность забоя, о лопатки.

Определяем мощность на привод рабочего органа каналокопателя:

Рр. о = (1,57 + 7,5 + 11,7 + 0,57 + 11,6) /0,75 = 38,6 кВт.

 

Мощность, приведенная к валу двигателя:

Рр. одв = Рр. о/ηтр,

где ηтр – к.п.д. трансмиссии, принимаем ηтр = 0,8.

Рр. одв = 38,6/0,8 = 48,7 кВт.

 

По этой мощности определяем мощность двигателя:

 

Рдв = kз · Рр. одв;

Рдв =(1,2…1,3) · 48,7 = 60,8…65,9 кВт.

 

Принимаем двигатель СМД – 14, номинальная мощность двигателя 66 кВт, при 1700 об/мин коленчатого вала. Ориентируемся на базовую машину МК – 23. Масса данной машины 7,81 т, учитывая, что бульдозерного отвала нет. Масса рабочего органа 1,6 т.

 

Задача 6

 

Определить мощность двигателя для каналокопателя однофрезерного с осью вращения наклонной к оси канала и горизонту Проектная глубина канала 1,5 м, ширина канала по дну 0,5м.

 

Решение

За основу проектируемого каналокопателя взят однофрезерный каналокопатель ЭТР-153

 

 

Направление вращения фрезы принимаем прямым во избежание забрасывания разработанного грунта в отрываемый канал и для уменьшения мощности на трение между откосом канала и рабочим органом. Толщина разбрасываемого слоя принимаем по литературе [1] h _от =0,15 м.

Условная техническая производительность каналокопателя при непрерывной работе

 

Определяем площадь поперечного сечения канала (рис 3.1):

 

;

А _к = 4·1,4·()/3 = 2,61 м²,

 

где Н_к – глубина канала (рис 3.1, 3.2) Н = 1,4 м;

а = 0,7.

Пт=60*2,61*1,56=250 м3/ч= 0,069 м3/с

Рисунок 3.1 – Схема к определению дальности отбрасывания разработанного фрезами грунта.

 

Определяем дальность разбрасывания грунта фрезами:

l _от = А _к k _p / 2 h _от;

l _от = 2,61·1,2 / 2 ·0,15 = 10,44 м.

 

где, h _от – толщина разбрасываемого слоя h _от = 0,15 м;

k _p = 1,2 – коэффициент разрыхления [1];

 

Определяем окружную скорость фрезы:

 

Vокр = (1,3 … 1,5) lот;

Vокр = (1,3 … 1,5) · 10,44 = 13,5 … 15,6 м/сек.

 

Угол разгрузки выбираем q = 60˚ [1];

Определяем радиус фрезы по концам ножей (рис 3.4):

 

r _фр = Н _у /[(1 + cos q) sinλ];

r _фр =1,12 /[(1 + cos 60)sin54] = 0,9 м,

 

Тогда диаметр фрезы D_фр = 2 · r_фр = 1,8 м.

 

Рисунок 3.4 – Схема к определению диаметра фрезы

Ширину фрезы определяем по формуле:

b _фр = D _фр/(15…20);

b _фр = 1,8/(15…20) = 0,12…0,09 м.

Ширину фрезы принимаем b _фр = 0,12 м,

При двух линиях резания: b _н = b _фр / 2 = 0,12 / 2 = 0,06,

Ширину ножа принимаем b _н = 0,06 м.

 

Таблица – Основные параметры рабочего оборудования

Параметр	Размерность	Значение
Техническая производительность Окружная скорость фрез Диаметр фрезы по концам по концам ножей Ширина фрезы Число ножей на фрезе Число внутренних лопаток на фрезе Ширина внутренней лопатки Длина лопатки Угол отклонения лопатки от радиального направления Угловая скорость фрез Номинальная скорость рабочего передвижения	м3/ч (м3/с) м/с мм мм шт. шт. мм мм градус рад/с м/ч (м/с)	250 (0,069) 3*2 90 (0,026)

 

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

В общем виде мощность на привод рабочего органа каналокопателя определяется следующим выражением:

 

Р_{р. о}= (Р_кн + Р_кл + Р_р + Р_под + Р_тр) /h_р.о;

 

где Ркн, Ркл,Рр, Рпод,Ртр – соответственно мощности на копание грунта ножами, на копание лопатками, на разгон грунта, на подъем грунта и трение;

hр.о – к.п.д. рабочего органа, учитывающий потери мощности на разрушение грунта торцами лопаток, трение грунта о лопатки, на рыхление грунта рушителями и др. Для расчетов прин