Проектирование электропривода подъема экскаватора карьера

Ковш в  начале копания устанавливается  на почве уступа и разрабатывает забой снизу вверх. Под действием натяжения подъемного каната и одновременно выдвижения напорным механизмом рукояти вперед ковш совершает рабочий ход по дуге. Толщина срезаемой стружки регулируется напорным механизмом таким образом, чтобы работа велась при нормальной скорости движения ковша, соответствующей полному использованию мощности двигателя экскаватора и обеспечивающей его наибольшую производительность.

Вторая стружка  снимается рядом с первой и  т. д., пока ковш не обойдет забой  или заходку на всю ширину. Затем  в том же порядке снимается  второй

слой и  т. д. до полного использования рабочего хода рукояти и выемки всего объема породы с части заходки, разрабатываемой с одной стоянки экскаватора. Таким образом, прямая лопата разрабатывает забой снизу вверх, впереди и с боков, перемещаясь вдоль фронта уступа по мере отработки заходки.

По окончании  напора породы в ковш последний отводится от забоя и верхняя платформа вместе с рабочим оборудованием поворачивается к месту выгрузки, днище ковша открывается и порода высыпается. После этого платформа экскаватора с рабочим оборудованием снова поворачивается к забою, ковш опускается на почву разрабатываемого уступа и начинается новый цикл работы экскаватора.

1.4. Конструкция механизмов.

Рабочее оборудование. Экскаватор ЭКГ-8И оборудуется только прямой лопатой. На экскаваторе применяется лопата с обычными размерами стрелы и рукояти (длина стрелы 13,35 м , длина рукояти 11,425 м).

Стрела экскаватора  имеет круглое сечение и сварно-литую конструкцию; в нижней части ее вварена литая тяга для соединения с кронштейнами поворотной платформы, в средней - плита напорного механизма и в верхней - головная отливка для крепления оси головных блоков и серьги вантовых канатов. Для устойчивости при поворотах на стреле предусмотрены две тяги со стяжными гайками.

Рукоять у  экскаватора - круглого сечения и  состоит из двух балок, соединенных передней отливкой , имеющей проушины для подвески ковша . В нижней части к балкам приварены напорные рейки ; к передним и задним частям балок приварены упоры для ограничения хода рукояти.

Ковши экскаватора - литые, состоят из двух частей, соединяемых  при помощи призонных болтов и сварки.

 

 

 

 

Напорный  механизм состоит из двух заключенных  в масляные ванны зубчатых передач, напорного вала с седловыми подшипниками, двигателя и тормоза.

Тормоз напорного  механизма - колодочный, замкнутого типа; торможение производится пружиной, выключение тормоза - при помощи пневматического цилиндра.

Поворотная  платформа с механизмами. На поворотной платформе экскаватора размещаются двигатель-генераторная группа, подъемная лебедка, поворотный механизм, двуногая стойка, пульт управления, пневмосистема с компрессором и кузов.

Поворотная  платформа состоит из сварно-литой  рамы, сварного корпуса противовеса, правой и левой площадок. Опирается платформа через роликовый опорный круг на ходовую раму, с которой соединена центральной цапфой.

Подъемная лебедка - двухбарабанная, редуктор одноступенчатый с косозубыми шестернями. Промежуточный вал состоит из трех частей, соединяемых двумя эластичными муфтами. Тормозными шкивами подъемной лебедки являются внешние поверхности муфт, соединяющих двигателями с ведущим валом редуктора. Тормоза - колодочные, управляются пневматическими цилиндрами.

Поворотный  механизм состоит из двух одинаковых агрегатов, устанавливаемых на поворотной платформе. Редуктор - двухступенчатый; сверху на него устанавливается поворотный двигатель вертикального исполнения. Смазка редуктора - циркуляционная, от насосов.

Тормоза поворотного  механизма размещаются на верхних  концах валов электродвигателей; по конструкции они колодочные, выключение производится пневматическими цилиндрами.

Нижняя  рама и механизм хода. Нижняя рама - сварно-литой конструкции, устанавливается на осях ходовых тележек. На нижней раме

 

 

устанавливается опорно-поворотный венец, на который  опирается поворотная платформа с механизмами.

Ходовое оборудование экскаватора состоит из ходового механизма и двух гусеничных тележек

Ходовой механизм состоит из двигателя, четырехступенчатого редуктора, зубчатых передач, кулачковых муфт и тормоза.

Тормоз - колодочный; управление кулачковыми муфтами  и тормозом осуществляется при помощи гидравлических цилиндров гидросистемы нижней рамы.

Ходовые тележки  состоят из двух литых рам и  двух гусеничных лент, надетых на ведущие и опорные колеса тележек.

1.5. Производительность  экскаватора.

К основным факторам, влияющим на производительность экскаватора, относятся следующие:

1) трудность разработки горной массы, которая оценивается категорией 
породы и ее состоянием. При разработке, например, влажной глинистой 
породы, которая налипает на ковш, уменьшается полезный объем последнего 
и увеличивается продолжительность цикла из-за более длительной разгрузки 
ковша. В зимних условиях плохо раздробленный мерзлый грунт также 
снижает коэффициент наполнения ковша;

2. технические данные, состояние и надежность экскаватора;
3. квалификация машиниста;
4. качество забоя, оцениваемое его высотой, условиями подхода транспорта к 
   месту погрузки, освещенностью;

5) организация работ, зависящая от достаточности транспортных средств, 
состояния дорог, своевременного снабжения топливом, энергией, запасными 
частями и т. п.

Производительность экскаватора, т. е. то количество полезной работы по выемке или перемещению грунта, которое он может совершить в единицу

времени, может быть разделена  на теоретическую, техническую и эксплуатационную.

Теоретическая производительность экскаватора определяется как произведение емкости ковша экскаватора на расчетное число циклов в единицу времени и не учитывает условий, в которых работает экскаватор.

Техническая производительность рассчитывается с  учетом конкретных условий работы: категории горной породы, коэффициентов разрыхления породы и наполнения ковша при непрерывной работе, а также с учетом перерывов в работе, неизбежных для данного типа машины. Например, перерывы в работе одноковшового экскаватора происходят при его передвижке, роторного - при изменении направления поворота стрелы, передвижке при подходе к забою.

Техническая производительность показывает тот  предел производительности, которой  может быть достигнут при полном использовании машины.

Техническая производительность:

 

 

Коэффициент      наполнения      ковша      зависит      от      категории разрабатываемого грунта, степени подготовленности его к экскавации, вида рабочего оборудования и емкости ковша.

Эксплуатационная  производительность, в отличие от технической, учитывает степень  совершенства организации экскаваторных работ, т. е. учитывает простои по тем или иным причинам.

При определенной технической производительности эксплуатационная производительность полностью определяется степенью использования экскаватора во времени в течение смены, месяца, года.

Сменная производительность экскаватора (эксплуатационная за смену) может быть определена по формуле

где      Т- продолжительность смены, ч;

k_B - коэффициент использования рабочего времени экскаватора в течение

смены.

Коэффициент использования рабочего времени представляет собой отношение чистого времени работы экскаватора в течение смены к продолжительности смены и зависит от организации экскаваторных работ (своевременная подача транспорта, бесперебойное электроснабжение и т. д. Для повышения производительности экскаватора за смену нужно постоянно повышать значение коэффициента kв , т. е. всемерно способствовать снижению непроизводительного времени.

Годовая   эксплуатационная   производительность   экскаватора  может быть определена по формуле:

где     N - число рабочих смен экскаватора за год.

Для повышения  производительности экскаватора необходимо 
улучшать организацию экскаваторных работ путем бесперебойной подачи 
транспорта, своевременным и качественным проведением буровзрывных и 
подготовительных работ в забое.

 

Постоянное  повышение квалификации машиниста, использование передовых методов труда в значительной степени повышают производительность экскаватора.

Залогом высокой производительности является хорошее обслуживание, своевременный  и качественный ремонт экскаватора.

1.6. Выбор и проверка электродвигателя  по нагреву.

Исходные данные для  расчета.

 

Исходные  данные	Условные  обозначения	Значение
Усилие при  копании породы	F*	498830 Н
Скорость  подъема ковша	V пр	0,94 м/с
Скорость  обратного хода	Vобр	1,88м/с
Масса ковша	тс	13600кг
Масса породы	тд	13500кг
Радиус ведущей  шестерни	rш	0,48м
Высота забоя	lд	Юм
Путь ковша  к породе	Ln	13,16м
Путь после  копания	Le	13,16м
Коэффициент   трения   ковша   о породу	n	0,1
КПД механической передачи при рабочей нагрузк	П пМ	0,9
КПД механических передач при перемещении ковша на холостом ходу	Ппхх	0,4

 

 

 

 

Рис. 1.3. Кинематическая схема привода подъема ковша

Для предварительного выбора двигателя построим нагрузочную диаграмму механизма (график статических нагрузок механизма) Расчет времени участков цикла на этапе предварительного выбора двигателя выполняем приблизительно, т.к. пока нельзя определить время разгонов и замедлений (суммарный момент инерции привода до выбора двигателя неизвестен).

Пониженная  скорость подъема груженого ковша (принимается):

Время поворота груженого ковша (приблизительно):

где   L_n - путь подхода ковша к породе (L_n = 13,16 м, см. таб. 1.1); Время поворота порожнякового ковша (приблизительно):

где   L_e - путь после копания (L_e = 13,16 м, см. таб. 1.1); Время возврата (приблизительно):

Время цикла (приблизительно):

Рис. 1.3. Нагрузочная диаграмма механизма  подъема.

 

 

 

 

 

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

При расчете  мощности двигателя полагаем, что номинальной скорости двигателя соответствует скорость обратного хода стола (наибольшая скорость механизма), т.к. принято однозонное регулирование скорости, осуществляемое вниз от номинальной скорости. Ориентируемся на выбор двигателя серии Д, рассчитанного на номинальный режим работы S1 иимеющего принудительную вентиляцию.

Эквивалентное статическое усилие за цикл:

Расчетная мощность двигателя:

 

 

 

где    К₃ - коэффициент запаса (примем К₃ = 1,2);

КПД механических передач при рабочей нагрузке.

Выбираем   двигатель   ДЭ812У2.   Номинальные   данные   двигателя приводятся в таб.1. 2.

Табл. 1.2. Данные выбранного двигателя

Параметр	Обозначение	Значение
Мощность номинальная	pn	190000Вт
Номинальное напряжение якоря	uhn	300 В
Номинальный ток якоря	IxN	680 А
Номинальная частота  вращения	*lN	720 об/мин
Максимальный момент	М-тах	6330 Нм

 

Момент инерции якоря  двигателя	Jd	16 кгм2
Число пар полюсов	Рп	4
Допустимая величина действующего значения переменной      составляющей      тока      якоря отнесенная к номинальному току (коэффициент пульсаций) тт                                              ^»                                                                                              ^	kl(don)	0,15

Для дальнейших расчетов потребуется ряд данных двигателя, которые не приведены в справочнике. Выполним расчет недостающих данных двигателя.

Сопротивление цепи якоря двигателя: