Механизм поворота платформы шагающего экскаватора

5.6.1. Описание механизма.

Механизм предназначен для горизонтального перемещения стрелы шагающего экскаватора с ковшом (см. рис. 5.13).

Рис. 5.13

Цикл работы механизма состоит из следующих этапов.

Ковш набирает породу, в это время привод поворота платформы не работает. Затем происходит поворот платформы на некоторый угол j, который зависит от конкретных условий отработки забоя. Обычно в качестве расчетного угла поворота принимается j = 120°. Высыпание породы из ковша начинается еще до полной остановки привода поворота, поэтому отдельной паузы для опорожнения ковша нет, сразу после торможения начинается разгон в обратную сторону.

Пауза (t₀) для забора грунта определяется особенностями грунта и составляет 8 ‑ 20 с. Обычно считают, что отработка полного цикла с углом 120° должна занимать 60 с.

Примерный вид тахограммы и нагрузочной диаграммы показан на рис. 15.

Следует заметить, что из-за больших пространственно-распределенных масс и наличия ковша на гибкой подвеске для данного привода важным является требование ограничения рывка. Это требование реализуется ограничением темпа изменения момента двигателей на уровне 1 ‑ 1,5 номинала в секунду, что видно на рис. 5.14.

Рис. 5.14

Привод поворота платформы всегда выполняется по многодвигательному варианту с числом двигателей от 4 до 8. При этом существуют два варианта построения таких приводов – безредукторный (рис. 5.15,а) и редукторный (рис. 5.15,б)

Рис. 5.15

На рис. 16 обозначено: 1 – венцовая шестерня, связанная с поворачиваемой частью экскаватора; 2 – ведущая шестерня; 3 – электродвигатель; 4 – редуктор.

5.6.2. Варианты конструктивно-технологических параметров

Основные данные экскаваторов приведены в табл. 5.7.

Таблица 5.7ччччч

Данные механизма	Обозна-чение	Размер-ность	Тип экскаватора
ЭШ 15.90А	ЭШ 20.90	ЭШ 25.100	ЭШ 40.85	ЭШ 65.100	ЭШ 100.100	ЭШ 100.120
Максимальная скорость поворота платформы	Wmax	1/с	0,123	0,126	0,127	0,127	0,128	0,129	0,129
Максимальное ускорение платформы	emax	1/с2	0,025	0,025	0,025	0.022	0,022	0,022	0,022
Момент сопротивления	МСРМ	Н·м	6,36·105	7,95·105	1,20·106	1,37·106	2,70·106	3,70·106	3,90·106
Момент инерции с полным ковшом	JРМ1	кгм2	5,60·108	7,72-108	8,37·108	1,20·109	3,00·109	5,42·109	7,55·109
Момент инерции с пустым ковшом	JРМ2	кгм2	4,80·108	6,43·108	7,57·108	0,92·109	2,40·109	4,66·109	6,32·109
Передаточное число венцового зацепления	iВЗ	–	16,8	16,8			28,8
Количество двигателей	N	–

Примечания: 1. Значения М_СРМ, J_РМ1, J_РМ2 приведены к оси центральной цапфы – оси вращения венцовой шестерни.

2. Моменты инерции даны для положения ковша на 2/3 вылета стрелы.

Варианты выполнения электрических схем силовых цепей показаны на рис. 5.16.

Рис. 5.16: Е – источник питания; Д – двигатель

5.6.3. Требования к электроприводу

Требования к электроприводу следующие:

– диапазон регулирования скорости не менее 10:1;

– режим работы повторно-кратковременный;

– привод должен быть реверсивным и обеспечивать рекуперацию энергии при торможении;

– необходимость ограничения рывка за счет ограничения в пределах 1,0 ‑ 1,5 ном/с;

– необходимость ограничения максимального ускорения платформы при разгоне и торможении и максимальной скорости поворота платформы.

В таком приводе, как поворот платформы шагающего экскаватора, большое значение имеет учет влияния упругих колебаний на поведение системы. При достаточно подробном рассмотрении такой привод представляет собой многозвенную систему с распределенными параметрами, расчет коэффициентов жесткости которой достаточно сложен. В табл. 5.8 приведены коэффициенты жесткости С₁₂для упрощенного представления системы как двухмассовой, приближенно рассчитанные по экспериментально определенным частотам собственных колебаний f₁₂ (данные НИИТяжмаш ПО "Уралмаш").

Таблица 5.8

Тип экскаватора	С12, Нм/рад	fl2, Гц
ЭШ 15.90А (редук-торный вариант)	10,25·109	3,65
ЭШ 20.90 (редук-торный вариант)	10,76 109	6,48
ЭШ 20.90 (безредук-торный вариант)	13,5·109	9,8
ЭШ 25.100 (безредук-торный вариант)	28,8·109	9,18
ЭШ 80.100 (безредук-торный привод)	2,11·1011	10,28

Примечание. Величина С₁₂ в табл. 2 приведена к оси центральной цапфы.

Как видно из табл. 5.8 для редукторных вариантов жесткость и частота собственных колебаний ниже, чем для безредукторных.

5.6.4. Указания к выбору и проверке электродвигателя

В приводах поворота платформы экскаватора приведенный к валу двигателя момент инерции механизма всегда много больше, чем момент инерции самого двигателя (коэффициент соотношения масс g порядка нескольких сотен). Это дает возможность весьма точно выбирать двигатель, пользуясь нагрузочной диаграммой M(t), которая построена с учетом только момента инерции механизма.

Обычно пуск и торможение этого привода происходит "под отсечку". Это значит, что максимальные моменты при пуске и торможении можно принимать одинаковыми M_П = M_T = M_max, где M_max рассчитывается исходя из заданного ускорения платформы при моменте инерции, соответствующем порожнему ковшу,

M_max = J_РМ1e_max + М_срм.

Таблица 5.9ьььь

Параметры	Обозна-чение	Размер-ность	Тип электродвигателя
ПЭВ 143-7КЭ	МПВЭ 400-32	МПВ7 400-400	МПВЭ 450-29	МПС 640-700	МПВ 1000-32
Мощность	PN	кВт
Частота вращения	nN	об/мин
Напряжение якоря	UЯN	В
Ток якоря	IЯN	А
Напряжение возбуждения	UВN	В
Ток возбуждения	IВN	А	17,8
Сопротивление якоря	RЯ	Ом	0,0062	0,0223	0,0112	0,015	0,00735	0,0088
Сопротивление обмотки добавоч­ных полюсов	RДП	Ом	0,00119	0,0184	0,003	0,0058	0,002	0,0045
Сопротивление компенсационной обмотки	RКО	Ом	0,00345	–	0,0051	0,0116	0,00532	0,0034
Сопротивление обмотки возбуж­дения	RВ	Ом	3,88	3,0	7,16	2,36	9,16	1,56
Число параллельных ветвей ОВ	mВ	–
Число витков на полюс	WB	–
Число пар полюсов	p	–
Поток на один полюс	ФN	Вб	0,90	0,235	0,17	0,314	0,165	0,575
Момент инерции якоря	JД	кгм2	32,25
КПД	hN	%	90,0	84,0	92,4	83,3	94,3	85,8

Примечание. Все сопротивления даны для температуры 15 ° С.

После построения нагрузочной диаграммы рассчитывается среднеквадратичный момент за время цикла t_Ц

На участках нагрузочной диаграммы, где М = const, в формулу для M_СР.КВ можно подставить M_i²t_i. Но на участках, где момент нарастает или снижается, в формулу M_СР.КВ необходимо подставлять интеграл

где Dt – длительность нарастания или снижения момента (см. рис. 5.14).

В первом случае М = М_НАЧ + mt, а во втором М = М_НАЧ – mt, где – заданный темп изменения момента. Не трудно установить, что в обоих случаях интеграл J определяется по формуле

По M_СР.КВ и заданной скорости поворота платформы определяется требуемая мощность двигателя.

В приводах шагающих экскаваторов применяются специальные двигатели, их данные приведены в табл. 5.9.

Печной толкатель.

5.7.1. Назначение механизма

Печные толкатели предназначены для загрузки слитков и заготовок в методические печи и для проталкивания их по ходу печи. Скорость толкания определяется заданной производительностью стана [9].

Наибольшее распространение получили сдвоенные толкатели. Два толкателя связаны соединительной муфтой, что позволяет осуществлять совместную или раздельную работу этих механизмов.

Рис. 5.17: 1 – слиток; 2 – направляющий опорный ролик; 3 – толкающая штанга

с зубчатой рейкой; 4 – реечная шестерня; 5 – редуктор; 6 – двигатель; 7 – тормоз

На рис. 5.17 показана упрощенная схема одного из толкателей, электропривод которого необходимо выбрать и проверить. Слиток (1) перемещается толкающей штангой (3), которая поддерживается направляющими опорными роликами. Обычно путь перемещения штанги равен ширине слитка (b). После прохождения этого пути и некоторой паузы штанга возвращается обратно в исходное положение и повторяет цикл при необходимости перемещения нового слитка. Примерная тахограмма работы толкателя приведена на рис. 5.18.

Рис. 5.18

При толкании каждого нового слитка нагрузка на двигатель возрастает, т. к. необходимо перемещать и предыдущие слитки, находящиеся в печи. Поэтому для правильного выбора мощности установленного двигателя необходимо знать максимальное количество слитков, перемещаемых толкателем одновременно.

5.7.2. Требование к электроприводу

1. Режим работы – повторно-кратковременный.

2. Целесообразно обеспечить постоянство ускорения (замедления).

3. Электропривод реверсивный, регулирования скорости, как правило, не требуется.

5.7.3. Расчетные выражения

Приведенный к валу двигателя статический момент при работе на холостом ходу, Нм,

(5.7.1)

где G_Ш = gm_Ш – вес штанги, Н, имеющей массу m_Ш, кг.

Здесь g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²); m_Ц – коэффициент трения цапф осей направляющих роликов в подшипниках качения, m_Ц = 0,003; d_Ц –диаметр цапф направляющего ролика, м; f – коэффициент трения качения штанги о ролики, f = 0,0015 м; i – передаточное число редуктора; h_XX – коэффициент полезного действия механизма при холостом ходе, h_XX = 0,4.

Статический момент при толкании слитков в печь, Нм,

(5.7.2)

где G_CJI – максимальный вес слитков, Н, перемещаемых толкателем одновременно (вес одного слитка G_1CJI = m_CJI g. m_CЛ – масса одного слитка, кг); m – коэффициент трения между слитками и подом печи, m = 07; D_СЛ – диаметр начальной окружности реечной шестерни, м; h = 0,78.

Статическая мощность на валу электродвигателя толкателя, Вт,

Р_С М_С w_N , (5.7.3)

где w_N – номинальная скорость выбранного двигателя, рад/с.

Приведенный к валу двигателя момент инерции механизма, кгм² ,

(5.7.4)

где – радиус приведения.

Суммарный момент инерции электропривода, кгм²,

J_S = 1,2J_ДВ + J_МЕХ, (5.7.5)

где J_ДВ – момент инерции двигателя.

Время пуска и торможения электропривода (см. рис.18) определяется по заданной скорости перемещения слитка V(м/с) и ускорению (замедлению) (м/с²) при равномерно-ускоренном движении. Очевидно, t_П1 = t_П2 = t_Т1 = t_Т2. Время работы на установившейся скорости (t_У1 , t_У2) определяется после расчета пути, проходимого на этой скорости

S_У1 = B – S_П1 – S_Т1, (5.7.6)

где S_П1 (S_Т1) – путь, проходимый при пуске (торможении) электропривода, м. Время t´₀принимается равным 2 ÷ 3 с, время цикла (t_Ц) рассчитывается при заданном количестве слитков, подаваемых в печь за один час.

5.7.4. Варианты электропривода

Существуют следующие варианты электропривода:

а) двигатель постоянного тока с независимым возбуждением;

б) асинхронный короткозамкнутый двигатель.

5.7.5.Варианты конструктивно-технологических параметров

Сведения о конструктивно-технологических параметрах приведены в таблице 5.10.

Таблица 5.10

№ п/п	Технологические данные	Обоз-наче-ние	Размер-ность	Номер варианта
	Масса слитка	mCЛ	кг
	Максимальное количество слитков, перемещаемых толкателем одновременно	N	–
	Ширина заготовки	В	м	0,5	0,45	0,4	0,35	0,3	0,2
	Скорость перемещения слитков	V	м/с	0,025	0,03	0,03	0,035	0,035	0,04
	Ускорение (замедление)	a (b)	м/с2	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03
	Количество слитков, подаваемых в печь в час	Z	–
	Масса штанги	mШ	кг
	Диаметр начальной окружности реечной шестерни	DШ	м	0,6	0,5	0,4	0,35	0,3	0,3
	Диаметр цапф направляющих роликов	dЦ	м	0,25	0,2	0,18	0,15	0,12	0,12