Визначення зусиль копання грунту

Одноківшовим екскаватором

Завдання:визначити місткість ковша екскаватора і тривалість його робочого циклу з подальшим порівнянням отриманих даних із характеристиками існуючих типових машин; визначити зусилля копання.

Вихідні дані для виконання вправи беруть із табл. 6.1.

Таблиця 6.1

Вихідні дані

Варі- ант	Грунт	Схема роботи за рис. 6.1	tц, c	Пекспл, м3/год	kрозп	kнап	kч
	Вологий пісок тср=0,05 МПа   Щільна глина тср=0,3 МПа	а, в     б, г			1,39 1,39 1,39 1,32   1,20 1,20 1,23 1,23	0,9 0,9 0,9 0,9   0,8 0,8 0,8 0,8	0,7 0,7 0,7 0,8   0,8 0,8 0,6 0,6

Продовження таблиці 6.1

	Супіски тср=0,1 МПа   Глина тср=0,2 МПа   Пісок вологий тср=0,06 МПа     Супіски тср=0,2 МПа	а, г     б, в     а, в   б, г			1,23 1,24 1,24 1,24   1,20 1,22 1,22 1,22 1,32 1,30 1,25 1,25 1,26 1,26 1,27 1,28 1,30   1,25 1,39 1,39 1,32 1,30   1,20 1,22 1,22 1,32	0,9 0,9 0,9 0,9   1,0 1,0 1,0 1,0 1,1 1,1 1,1 0,9 0,9 0,9 0,9 1,0 1,0   0,8 0,9 0,8 0,9 1,0   0,9 0,8 0,8 0,9	0,6 0,9 0,9 0,9   0,6 0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 0,9 0,9 0,9 0,6 0,6 0,6 0,6   0,7 0,6 0,8 0,8 0,9   0,7 0,8 0,6 0,9

Примітка: т_ср – питома сила руйнування грунту

Методика розрахунку

Орієнтовна місткість ковша:

, м³,

де П_експл – продуктивність екскаватора, м³/год; t_ц – тривалість робочого циклу екскаватора; k_розп – коефіцієнт розпушення грунту; k_ч – коефіцієнт використання екскаватора за часом; k_нап – коефіцієнт наповнення ковша.

За отриманим орієнтовним значенням q_ор вибрати тип конкретної машини і виписати дійсну місткість її ковша (табл. 6.2).

Визначити уточнену тривалість циклу:

, с,

із врахуванням заданих у табл. 6.1 величин k_розп, k_нап, k_ч.

За отриманими q і t_{ц.уточн} повторно вибрати місткість ковша екскаватора (поворотна лопата), виписати тип конкретної машини і її характеристики (табл. 6.2).

Площа поперечного перерізу грунту, що розробляє ківш екскаватора:

, см².

Для екскаватора з поворотною лопатою довжину шляху копання Н беруть такою, що дорівнює найбільшій глибині лави Н_к (табл. 6.2).

Товщина зрізу, см, h=F/В, де В – ширина ріжучої частини ковша, см. (див. табл. 6.2).

Площі лобових частин поперечного перерізу зрізу:

F_пз=b h n, см²,

де b – 6…8 см – ширина зубця; h – глибина різання, см; n=3…4 – кількість зубців на ріжучій частині ковша.

Площі бокових частин поперечного перерізу зрізу, см² (див. рис. 6.1):

F_бок=F – F_пз.

Сумарна довжина ліній бокового зрізу грунту:

, см,

де k_бок=0,8 – коефіцієнт глибини частини прорізу, яка розширюється.

Середньомаксимальна дотична складова сили різання гострими зубцями:

, Н,

де т_ср – питома сила руйнування грунту перед лобовою гранню зубця з кутом різання 45°, МПа (див. табл. 6.1); φ = 1 – коефіцієнт, який враховує вплив кута різання; η_бок=0,45 – коефіцієнт, який характеризує відношення питомих сил різання у бокових та лобовій частинах прорізу (для вихідних даних); η_бок.р= 6,5 – коефіцієнт, який характеризує відношення питомих сил різання боковими ребрами ножа.

Середньомаксимальна нормальна складова сили різання гострими зубцями, Н: N=Pctg(δ+μ), δ=360° - кут різання; μ=18…20° - кут тертя грунту об сталь.

Для притуплених робочих органів виникає додаткова сила опору грунту:

, Н,

де η_пл.зн – коефіцієнт, який враховує притуплення робочих органів і залежить від ширини ділянки зносу а = 0,5 b і товщини зрізу h (для h = 2 см; η_пл.зн=0,35b; для h = 5 см; η_пл.зн=0,18b; для h = 10 см; η_пл.зн=0,11b; для h = 20 см; η_пл.зн=0,065; проміжні відношення визначити методом інтерполяції); L_пл.зн.=b – довжина зношеного ріжучого краю зубця ковша.

Середня дотична складова сили різання, Н: Р_ср=Рk_е+Р_пл.зн, де k_е=0,8 – коефіцієнт енергомісткості процесу різання.

Середні нормальна складова сили різання:

, Н,

де δ₁=0,17 – кут між траєкторією різання і ділянкою зносу, рад.

Середня питома дотична сили різання:

, МПа.

Коефіцієнт питомої сили різання

,

де Р_коп.о – питома сила копання для умовного грунту з нульовим опором різанню, Мпа; k₁ – безрозмірний коефіцієнт.

З достатньою точністю для практичних обчислень можна брати для екскаваторів Р_коп.о=0,025 Мпа; k₁=0,08.

Дотична складова сили копання:

Р_коп=Р_ср/k_різ, Н.

Нормальна складова сили копання:

, Н,

де - коефіцієнт, який характеризує співвідношення складових повної сили копання грунту.

Визначення продуктивності одноківшевого екскаватора .

Вихідні дані слід взяти із табл. 6.1 та 6.2.

Продуктивність технічна

, м³/год.,

де q – місткість ковша, вибрана у результаті розрахунку з табл. 6.2; k_нап, k_розп – відповідно коефіцієнти наповнення ковша і розпушування грунту (див. табл. 6.1); t_ц – тривалість циклу (див. табл. 6.1).

Змінна експлуатаційна продуктивність

П_зм=П_т п_зм, м³/зм.,

де п_зм=(0,72…0,83) t_зм – коефіцієнт обліку роботи екскаватора за зміну; t_зм=8 – тривалість зміни, год.

Практична робота №7