Мелиоративные машины (стр. 10 )

Значение kн = 0,1...0,2 [6]. Скорость рабочего передвижения vп рассчитывается по формуле

vп = Пт /Ак = 0,1/1,74 = 0,057 м/с. (3.102)

Угловую скорость фрез ω найдем по формуле

ω = 2 vокр/Dфр = 2 × 9,3 / 2,5 = 7,44 рад/с. (3.103)

rл = (Dфр / 2) – lн = (2,5/2) – 0,15 = 1,1 м. (3.104)

После подстановки получим

(lл2 × 0,14 cos220º × 7,44 × 0,15/3 × 1,1) –

– (lл × 0,14 × 1,1 cos20º × 7,44 × 0,15/1,1) + 0,058 = 0.

Выполнив действия, получим квадратное уравнение

0,039 lл2 – 0,136 lл + 0,058 = 0.

Упростим данное уравнение:

lл2 – 3,49 lл + 1,49 = 0.

Решив уравнение, получаем lл = 0,5 м.

Сведем в табл. 3.7 основные параметры.

Т а б л и ц а 3.7. Основные параметры рабочего оборудования

Параметр	размерность	значение
Техническая производительность Окружная скорость фрез Диаметр фрезы 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)	360 (0,1) 9,3 2500 160 6 6 140 500 20 7,44 205 (0,057)

3.2.2. Расчет мощности на привод рабочего органа и сил,

действующих на него

В общем виде мощность на привод рабочего органа каналокопателей определяется по следующему выражению:

Рр. о = (Ркн + Ркл + Рр + Рпод + Ртр) /hр. о, (3.105)

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, hр. о= 0,7...0,8 [6]. принимаем равным 0,75.

Мощность на копание грунта ножами определяется выражением

Pкн = 2k1Пн = 2 k1bн lотvп, (3.106)

где k1 – удельное сопротивление грунта копанию.

Так как толщина срезаемой стружки является величиной переменной (рис. 3.25), для определения k1 необходимо определить среднюю толщину стружки. По аналогии с роторным траншеекопателем

dср = c sin (φк /2); (3.107)

c = vп Tн / vокр; (3.108)

φк = 90 + φ0; (3.109)

φ0 = arc sin[(lот – rфр)/rфр] = arc sin[(1,7 – 1,25)/1,25] = 21,1°. (3.110)

φк = 90 + 21,1 = 111,1°.

c = 0,083 × 1,256 / 9,3 = 0,011 м.

dср = 0,011sin (111,1 /2) = 0,009 м.

для двухфрезерных каналокопателей значение k1 рассчитывается по выражению [6]

k1 = k dср–e ka kb kφ kг, (3.111)

где k – коэффициент сопротивления копанию стружки толщиной 1см. Принимаем k = 285;

dср – фактическая средняя толщина стружки, см;

e – показатель степени, принимаемый для минеральных грунтов 0,4, для торфяных – 0,33. Принимаем е = 0,33;

ka, kb, kφ, kг – соответственно коэффициенты, зависящие от угла резания a, ширины ножа bн, угла контакта φк, числа ударов плотномера Суд [6, табл. 4.2].

Принимаем ka = 1,2; kb = 0,9; kφ = 1,0; kг = 1,0.

С

Рис. 3.25. Схема к определению средней толщины стружки.

Тогда

k1 = 285 × 0,9–0,33 × 1,2 × 0,9 × 1,0 × 1,0 = 422 кПа.

При наличии в грунте погребенной древесины значения k1 следует увеличить в 1,5...2 раза.

Принимаем k1 = 800 кПа.

Pкн = 2 × 800 × 0,15 × 1,7 × 0,083 = 33,8 кВт.

Мощность на копание лопатками определяется по формуле

Ркл = D k1 Пт (Ак – Ан)/Ак. (3.112)

Здесь принимается D = 0,4...0,5.

Площадь канала, вырезаемая ножами Ан, рассчитывается по формуле

Ан = 2 lот bфр = 2 × 1,7 × 0,15 = 0,51 м2.

Тогда

Ркл = 0,45 × 800 × 0,1(1,74– 0,51) / 1,74 = 25,45 кВт.

Мощность на разгон грунта Рр определяется по формуле

Рр = Пт ρ vокр12/2, (3.113)

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

Принимаем vокр1 = 8 м/с; ρ = 1,8 т/м3. Тогда

Рр = 0,1 × 1,8 × 82/ 2 = 5,76 кВт.

Мощность на подъем грунта вычисляется по формуле

Рп = Рпн + Рпобр, (3.114)

где Рпн – мощность на подъем грунта, вырезаемого ножами;

Рпобр – мощность на подъем обрушиваемого грунта.

Мощность на подъем грунта определяется по формуле

Рп = Пт ρ gHп, (3.115)

где Нп – высота подъема грунта, Нп = 0,5 Нк для двухфрезерного каналокопателя.

Рп = 0,1 × 1,8 × 9,81 × 0,6 = 1,06 кВт.

Мощность на трение о поверхность забоя определяется по формуле

Ртр = f2 Пт ρvокр2/2, (3.116)

где f2 – коэффициент трения грунта о грунт. Принимаем f2 = 0,95.

Тогда

Ртр = 0,95 × 0,1 × 1,8 × 9,32/ 2 = 7,4 кВт.

Тогда суммарная мощность на привод рабочего органа

Рр. о = (33,8 + 25,45 + 5,76 + 1,08 + 7,4) / 0,75 = 98 кВт.

При этом необходимая мощность двигателя предварительно должна составить

Рдв = 1,2…1,4 Рр. о = (1,2…1,4) × 91,8 = 110,2…128,5 кВт.

Принимаем в качестве базы для каналокопателя трактор Беларус 1802 с двигателем Д-260.9 мощностью 132,3 кВт.

Его основные данные: эксплуатационная масса 8600 кг; габариты 5070×2070×2930 мм; база 2300 мм; колея 1600 мм; ширина гусеницы 470 мм; скорость передвижения вперед 0,39…8,28 м/с; скорость передвижения назад 0,69…3,8 м/с; давление в гидросистеме 16 МПа.

На основании расчетов выполним компоновку каналокопателя, что показано на рис. 3.26. Размеры трактора и навески принимаем по его техническим характеристикам.

На рабочий орган каналокопателей данного типа действуют силы сопротивления копанию грунта ножами; силы, действующие на двухотвальный клин; силы сопротивления копанию зачистным отвалом. Первые составляющие можно разложить на касательную и нормальную реакции. Касательная реакция Ft , действующая со стороны грунта на фрезы и лежащая в плоскости вращения, определяется по формуле

Ft = (Ркн + Ркл + Рр + Рпод + Ртр)/ vокр. (3.117)

Fτ = (33,8 + 25,45 + 5,76 + 1,08 + 7,4)/9,3 = 7,9 кН.

Нормальная составляющая вычисляется по cоотношению

Fn = e Ft, (3.118)

где e = 0,4...0,8.

Fn = 0,6 × 7,9 = 4,74 кН.

Точка приложения реакции Ft и Fn находится на высоте Нк /3 от дневной поверхности, что примерно соответствует углу 0,7jк, показанному на рис. 3.27.

Рис. 3.27. Схема к определению точки

приложения реакции грунта.

Дно канала окончательно формируется зачистным отвалом. Для расчетов принимается, что отвал срезает толстую стружку треугольного сечения (рис. 3.28).

Рис. 3.28. Схема к определению реакций, действующих на зачистной отвал.

Горизонтальная реакция Rгор определяется по формуле

Rгор = (0,35…0,80) k1 bд 2/ 2ctgλ. (3.119)

Rгор = 0,57 × 170 × 0,252/ 2ctg45° = 3 кН.

Здесь k1 принимаем по литературному источнику [1, табл. 2.1 или табл. 2 приложения]. Принимаем k1 = 100, с учетом наличия древесины увеличим в 1,7 раза. Получим k1 = 170 кПа.

Вертикальная составляющая реакция Rгор определяется по формуле

46

Rв = Rог ctg yo, (3.120)

 

где yo – угол наклона касательной к нижней точке отвала, принимаем yo = 40º.

Rв = 3ctg40º = 3,57 кН.

На двухотвальный клин также действуют реакции грунта. Эти реакции можно определить по эмпирической формуле

Fг = Fгкфн А /Акфн, (3.121)

где Fгкфн – горизонтальная реакция, действующая на двухотвальный клин каналокопателя КФН-1200, Fгкфн = 12...19 кН;

Акфн – площадь поперечного сечения канала, отрываемого каналокопателем КФН-1200, Акфн =1,74 м2;

А – площадь канала поперечного сечения, разрабатываемого проектируемым каналокопателем.

Fг = 15 × 1,74/1,74 = 15 кН.

Вертикальная составляющая, действующая на двухотвальный клин, рассчитывается по формуле

Fв = Fвкфн А /Акфн, (3.122)

где Fвкфн – вертикальная реакция, действующая на двухотвальный клин каналокопателя КФН-1200, Fвкфн = 2...4 кН.