Частота обертання n, об/хв 3000

момент інерції J, 0,7×10^-4

маса m, кг 2.

За [56, с. 62–63] для вибору оптимального передаточного числа i_опт необхідно перевірити відношення приведеного моменту інерції навантаження J_н.пр до власного моменту інерції двигуна I_д:

Так як то , тоді:

Вважаємо і₁= 120 для першого ступеня рухомості.

Завдання до теми

Для електропривода ПР з лінійним переміщенням S і прискоренням a визначити потужність та здійснити вибір електродвигуна механізму n-ої ступеня рухомості. Дані для розрахунку промислового робота наведено у додатку В.

Примітка. Для розв’язання задачі необхідно знати особливості роботи промислових роботів, їх конструктивні властивості та основні параметри; методику визначення потужності електродвигунів промислового робота.

 

Контрольні запитання

1. Сформулювати призначення та навести класифікацію промислових роботів.

2. Навести кінематичну схему транспортних промислових роботів, охарактеризувати їх основні вузли.

3. Охарактеризувати режими роботи промислових роботів.

4. Сформулювати вимоги до електроприводів промислових роботів.

5. Як здійснити розрахунок та вибір електродвигуна промислового робота?

Література: [56, С. 43–55; 65, С. 5–95].

Практичне заняття № 4

Тема. Розрахунок статичних навантажень і потужностей електроприводів механізмів одноківшевого екскаватора

Мета: вивчення особливостей навантажувальних діаграм роботи механізмів екскаваторів; ознайомлення з вимогами до електропривода; набуття навичок розрахунку потужності електродвигунів механізмів підйому, напору та повороту одноківшевого гусеничного екскаватора.

 

Рекомендації щодо виконання

Під час визначення потужності двигунів приводів піднімального, напірного й поворотного механізмів час циклу роботи можна розділити на три періоди: копання, поворот платформи з навантаженим ковшем до місця розвантаження й поворот платформи з порожнім ковшем у забій [68]. При такому варіанті циклу значно спрощується побудова навантажувальних і швидкісних діаграм, за якими може бути визначено потужність P_i двигуна у кожний з періодів, кВт:

, (1.42)

де – зусилля, що долає робочий механізм під час виконання даної операції в і-му циклі, Н; –швидкість, з якою долається зусилля, м/с; – ККД механізму.

Знаючи тривалість і відповідну потужність кожного періоду, можна розрахувати середнє значення потужності (середньозважену потужність) привода за повний цикл роботи, кВт:

. (1.43)

Для визначення навантажень підйомного і напірного механізмів будують у масштабі схеми розрахункових положень робочого обладнання екскаватора (рис. 1.12).

а) б) в)

Рисунок 1.12 – Схема розташування ковша й рукоятки механічної лопати для визначення зусиль і побудови навантажувальних і швидкісних діаграм головних механізмів у період копання а), повороту навантаженого ковша на розвантаження б), повороту ковша у забій в)

 

 

Зусилля, що виникає у піднімальному канаті механічної лопати й зумовлює навантаження двигуна піднімального механізму під час копання, обчислюють із рівняння моментів, створюваних опором породи копанню , вагою ковша з породою і вагою рукоятки відносно осі напірного вала. У загальному вигляді при різних положеннях ковша у процесі копання це зусилля визначають за формулою:

, (1.44)

де , , і – довжини плечей прикладання сил відносно осі напірного вала, який розташовано на середині стріли, відповідно, м; a – кут між рукояткою й передбачуваною горизонтальною лінією, градус; b – кут між піднімальним канатом і рукояткою, визначається зі схеми розрахункових положень робочого обладнання екскаватора (рис. 1.12, б)); – кут нахилу стріли, градус; – ширина ковша, розрахунок наведено нижче; – довжина стріли, визначається за формулою (1.49).

Опір породи копанню, Н:

, (1.45)

де – питомий опір породи копанню, що залежить від характеру породи, Па [68, дод. 5]; – коефіцієнт розпушення породи [68, дод. 6]; –висоту забою, беруть такою, що дорівнює висоті розташування напірного вала відносно рівня стояння екскаватора, м [68, дод. 1].

Висота напірного вала:

,

де – лінійний коефіцієнт [68, дод. 1], – маса екскаватора, т.

Вага ковша з породою й вага рукоятки відповідно, Н:

; (1.46)

. (1.47)

Значення мас і лінійних розмірів конструктивних елементів одноківшевих екскаваторів, необхідні для визначення зусиль, що виникають під час роботи екскаватора, може бути обчислене за емпіричними формулами:

- маса всього екскаватора

; (1.48)

- лінійні розміри

, (1.49)

де – коефіцієнт питомої маси екскаватора [68, дод. 1], ; – місткість ковша, м³; – лінійний коефіцієнт [68, дод. 1].

Довжина платформи:

,

де – радіус задньої стінки, визначають за формулою (1.49);
– радіус п’яти стріли.

Маса поворотної платформи з механізмами й стріли із блоками:

, (1.50)

де – коефіцієнт маси [68, дод. 2].

Масу ковша й породи в ковші визначають за формулами:

; (1.51)

, (1.52)

де – коефіцієнт для визначення маси ковша екскаватора [68, дод. 3];
– щільність гірської породи, т/м³ [68, дод. 6].

Масу рукоятки механізму лопати знаходять як:

, (1.53)

де – коефіцієнт для визначення розмірів рукоятки екскаватора [68, дод.4].

 

Ширину, довжину, висоту ковша для механічної лопати та драглайну можна визначити відповідно:

механічна лопата драглайн

− ; ;

− ; ;

− ; .

У загальному випадку при різних положеннях рукоятки й ковша під час копання зусилля у напірному механізмі лопати, Н:

, (1.54)

де – відтискне зусилля напору.

Зусилля у піднімальному й напірному механізмах лопати, що відповідають вертикальному положенню піднімального каната (b = 90°) і горизонтальному положенню рукоятки (a = 0°), беруть за розрахункові під час визначення потужності двигунів за час копання:

; (1.55)

. (1.56)

Зусилля , що виникає у піднімальному механізмі лопати під час повороту платформи на розвантаження, визначають із рівняння моментів, які створюються вагомим ковшем з породою й вагою рукоятки відносно осі напірного вала, Н:

. (1.57)

При поверненні платформи з порожнім ковшем у забій зусилля в піднімальному механізмі лопати визначають із рівняння моментів, які створюються вагомим ковшем без породи й вагою рукоятки, Н:

, (1.58)

де у виразах (1.56), (1.57) – вага ковша, Н;

, , – довжини плечей при верхньому положенні ковша і повністю висунутій рукоятці відповідно, м.

Зусилля у напірному механізмі лопати під час повороту платформи з навантаженим ковшем на розвантаження, Н:

. (1.59)

При повороті платформи з порожнім ковшем у забій максимальне зусилля в напірному механізмі виникає під час піднімання ковша й рукоятки з вертикального положення, Н:

. (1.60)

Потужність двигуна піднімального механізму лопати під час копання породи, кВт:

, (1.61)

де – зусилля у піднімальному механізмі лопати під час копання, Н; –швидкість пересування піднімального канату, м/с [68, дод.7]; – ККД піднімального механізму, який дорівнює 0,8 – 0,85.

Потужність двигуна піднімального механізму лопати під час повороту платформи на розвантаження, кВт:

(1.62)

Потужність двигуна піднімального механізму під час повороту платформи з порожнім ковшем у забій, кВт:

. (1.63)

Потужність двигуна напірного механізму під час копання, кВт:

, (1.64)

де – зусилля у напірному механізмі під час копання, Н; – швидкість переміщення рукоятки, м/с [68, дод. 7], – ККД напірного механізму, який дорівнює .

Потужність двигуна напірного механізму лопати під час повороту платформи на розвантаження, кВт:

. (1.65)

Потужність двигуна напірного механізму при повороті платформи з порожнім ковшем у забій, кВт:

(1.66)

Для побудови навантажувальних і швидкісних діаграм та визначення середньозваженої потужності двигунів піднімального й напірного механізмів необхідно знати час виконання окремих операцій за повний цикл роботи екскаватора. Відомо, що час повороту платформи на розвантаження й повернення у забій становить для прямих механічних лопат 60–70 % від часу повного циклу роботи. Для попередніх розрахунків час циклу можна розбити на три однакові періоди:

- копання , с;

- повороту платформи на розвантаження , с;

- повороту платформи з порожнім ковшем у забій , с.

Середньозважені потужності двигунів піднімального і напірного механізмів лопати, кВт:

; (1.67)

. (1.68)

Для вибору ЕД піднімального і напірного механізмів екскаватора повинні виконуватися умови:

.

 

Потужність генератора привода механізму піднімання, кВт:

, (1.69)

де – ККД ґенератора привода механізму піднімання, – потужність вибраного двигуна механізму піднімання.

Потужність ґенератора привода механізму напору, кВт:

, (1.70)

де – потужність вибраного двигуна механізму напору.

Визначимо моменти інерції обертових частин екскаватора.

Сумарний момент інерції обертових частин екскаватора, кгм²:

, (1.71)

де , , , , – моменти інерції відносно осі обертання платформи відповідно поворотної платформи, ковша (з породою або без породи), стріли, напірного механізму, рукоятки.

Момент інерції поворотної платформи відносно осі обертання визначають, розглядаючи поворотну платформу з механізмами як паралелепіпед з однорідною масою й з ребрами, що дорівнюють довжині , ширині й висоті кузова платформи. Момент інерції такої платформи відносно вертикальної осі її обертання, кгм²:

, (1.72)

де –момент інерції платформи відносно осі, паралельної вертикальної грані кузова, що проходить через центр маси платформи як паралелепіпеда, кгм²; –маса платформи, т; – відстань між віссю обертання платформи і віссю, яка проходить через центр маси платформи як паралелепіпеда, м.

Під час визначення моменту інерції ковша з породою допускають, що центр маси ковша з породою збігається з центром ваги ковша, що перебуває на відстані максимального радіуса розвантаження від осі обертання платформи, кг/м²:

, (1.73)

де – максимальний радіус розвантаження, м.

Моменти інерції стріли й напірного механізму обчислюють відповідно до формул, кг/м²:

;

(1.74)

де – відстань від осі обертання платформи до центрів мас стріли і напірного механізму, м.

Момент інерції рукоятки обчислюють для горизонтального положення рукояті, висунутої на всю довжину, кгм²:

, (1.75)

де – відстань від осі обертання платформи до центра маси рукоятки, м.

Сумарний момент інерції з порожнім ковшем, кгм²:

. (1.76)

Визначимо потужність двигуна поворотного механізму екскаватора.

Розрахуємо середньозважену потужність двигуна механізму повороту, кВт:

, (1.77)

де – розрахункова стала кутова швидкість платформи, с^-1;
– розрахункова частота обертання поворотної платформи [68, дод. 7], об/хв; – час повороту платформи з навантаженим ковшем на розвантаження, с.

Потужність ґенератора привода механізму повороту, кВт:

. (1.78)

 

Приклад виконання самостійної роботи

Визначити потужності електродвигунів механізмів піднімання, напору і повороту прямої механічної лопати з легким режимом роботи. Ємність ківша м. Кут нахилу стріли . Час робочого циклу екскаватора с. Екскаватор призначено для розроблення порід IV категорії.

Розв’язок

Значення мас і лінійних розмірів конструктивних елементів одноковшових екскаваторів, необхідні для визначення зусиль, що виникають під час роботи екскаватора:

– маса всього екскаватора

;

– ширина платформи

;

– радіус задньої стінки

;

– радіус п'яти стріли

;

– довжина платформи

;

– максимальний радіус розвантаження

;

– маса платформи

т;

– маса стріли з блоками

т;

– маса напірного механізму

т;

– маса ковша й породи у ковші

т;

т;

– маса ковша з породою

т;

– маса рукоятки

т.

Згідно з (1.49), розміри стріли і рукоятки :

м;

м.

Висота напірного вала:

.

Опір породи копанню:

Н.

Вага ковша з породою й вага рукоятки відповідно:

Н;

Н.

Зусилля у піднімальному й напірному механізмах лопати, що відповідають вертикальному положенню піднімального канату (b = 90°) і горизонтальному положенню рукоятки (a = 0°), беруть за розрахункові під час визначення потужності двигунів за час копання:

;

,

де м; м; м; м; м.

Зусилля , що виникає у піднімальному механізмі лопати під час повороту платформи на розвантаження, визначають з рівняння моментів, що створюються вагомим ковшем з породою й вагою рукоятки щодо осі напірного вала:

,

де м, м.

Під час повернення платформи з порожнім ковшем у забій зусилля у піднімальному механізмі лопати визначають із рівняння моментів, що створюються вагомим ковшем без породи й вагою рукоятки:

,

де Н.

Зусилля у напірному механізмі лопати під час повороту платформи з навантаженим ковшем на розвантаження:

Під час повороту платформи з порожнім ковшем у забій максимальне зусилля у напірному механізмі виникає під час піднімання ковша й рукоятки з вертикального положення. Це зусилля визначається вагою ковша й рукоятки, тобто:

.

Потужність двигуна піднімального механізму лопати під час копання породи:

.

Потужність двигуна піднімального механізму лопати під час повороту платформи на розвантаження визначають за формулою:

Потужність двигуна піднімального механізму під час повороту платформи з порожнім ковшем у забій:

Потужність двигуна напірного механізму під час копання:

.

Потужність двигуна напірного механізму лопати під час повороту платформи на розвантаження:

Потужність двигуна напірного механізму під час повороту платформи з порожнім ковшем у забій:

Середньозважені потужності двигунів піднімального й напірного механізмів лопати:

;

.

Як двигун привода механізму піднімання вибираємо за [61] двигун постійного струму ДЭ816 з паспортними даними:

 

 

– номінальна потужність, кВт – номінальна частота обертання вала, об/хв – номінальна напруга, В – номінальна тривалість увімкнення, %

 

Визначаємо потужність ґенератора привода механізму піднімання:

.

Як ґенератор привода механізму піднімання вибираємо за [61] ґенератор постійного струму ГПЭ 250 Т2 з паспортними даними:

– номінальна потужність, кВт – номінальна частота обертання вала, об/хв – номінальна напруга, В – номінальний ККД, % – маса, т

93,5 1,19

 

Як двигун привода механізму напору вибираємо за [68, дод. 11] двигун постійного струму ДПЭ-52VI(Т1) з паспортними даними:

– номінальна потужність, кВт – номінальна частота обертання вала, об/хв – номінальна напруга, В – номінальний струм, А – номінальний ККД, % – номінальна тривалість увімкнення, % – момент інерції вала ротора, кг·м^2 – маса, т

92,5 0,86

 

Визначаємо потужність ґенератора привода механізму напору:

.

Як ґенератор приводу механізму напору обираємо за [61] ґенератор постійного струму ГПЭ75 з паспортними даними:

– номінальна потужність, кВт – номінальна частота обертання вала, об/хв – номінальна напруга, В – номінальний ККД, % – маса, т

91,7 2,1

Момент інерції поворотної платформи відносно вертикальної осі її обертання:

кгм².

Момент інерції платформи відносно осі, паралельної вертикальній грані кузова, що проходить через центр маси платформи як паралелепіпеда:

Відстань між віссю обертання платформи і віссю, яка проходить через центр маси платформи як паралелепіпеда:

м.

Момент інерції ковша з породою:

кг·м².

Моменти інерції стріли й напірного механізму обчислюють відповідно за формулами:

;

,

де м.

Момент інерції рукоятки обчислюють для горизонтального положення рукоятки, висунутої на всю довжину:

,

де м.

Визначимо сумарний момент інерції з порожнім ковшем:

кгм².

Сумарний момент інерції обертових частин екскаватора:

,

Середньозважена потужність двигуна механізму повороту:

Як двигун привода механізму повороту вибираємо за [68, дод. 11] два двигуни постійного струму ДЭ-812 з паспортними даними:

– номінальна потужність, кВт – номінальна частота обертання вала, об/хв – номінальна напруга, В – номінальний струм, А – номінальний ККД, % – номінальна тривалість увімкнення, % – момент інерції вала ротора, кг·м^2 – маса, т

93,4 8,25 2,05

 

Визначаємо потужність ґенератора привода механізму повороту:

.

Як ґенератор привода механізму повороту вибираємо за [61] ґенератор постійного струму 2ПЭМ-2000 М-Т2 з паспортними даними:

– номінальна потужність, кВт – номінальна частота обертання вала, об/хв – номінальна напруга, В – номінальний ККД

92,2

Завдання до теми

Визначити потужності електродвигунів механізмів піднімання, напору і повороту прямої механічної лопати. Кут між рукояткою й передбачуваною горизонтальною лінією . Вихідні дані наведено у додатку Г.

Примітка. Для розв’язання задачі необхідно знати особливості кінематичних схем екскаваторів різних типів; мати уявлення про навантажувальні та швидкісні діаграми роботи механізмів піднімання, напору та повороту; уміти користуватися методикою розрахунку зусиль і потужностей електродвигунів відповідних механізмів.

Контрольні запитання

1. Дайте характеристику кінематичної схеми одноківшевого гусеничного екскаватора.

2. Які основні операції містить робочий цикл екскаватора?

3. Який вигляд має механічна характеристика екскаватора?

4. Назвіть особливості роботи головних механізмів одноківшевого екскаватора.

5. Сформулюйте вимоги до електропривода механізму екскаватора.

6. Як розрахувати еквівалентну потужність привода механізмів піднімання та напору екскаватора?

7. Від чого залежать зусилля у підйомному канаті та напірному механізмі екскаватора?

8. Як визначають сумарний момент інерції обертальних частин екскаватора?

9. Які системи електроприводів використовують в електрообладнанні екскаватора?

10. Як визначають середню потужність двигуна механізму повороту екскаватора?

Література: [64, С. 92–269; 68, С. 5–33].