Расчет параметров рабочего оборудования

Направление вращения фрезы принимаем прямым во избежание забрасывания разработанного грунта в отрываемый канал и для уменьшения мощности на трение между откосом канала и рабочим органом. Толщина разбрасываемого слоя принимаем по литературе [1] h_от =0,15 м.

Определяем площадь поперечного сечения канала (рис 3.1):

А_к = 4H_к()/3; (3.1).

А_к = 4?1,4?()/3 = 2,61 м²,.

где Н_к — глубина канала (рис 3.1, 3.2) Н = 1,4 м;

а = 0,7.

Рисунок 3.1 — Схема к определению дальности отбрасывания разработанного фрезами грунта.

Рисунок 3.2 — Схема разработки поперечного сечения параболического канала.

Определяем ширину по дну (рис. 3.1):

b_у = 0,25 Н_к; (3.2).

b_у = 0,25? 1,4 = 0,35 м.

Величину глубины условного канала можно ориентировочно принять по зависимости (рис. 3.3):

Н_у = 0,8 Н_к; (3.3).

Н_у = 0,8 ?1,4 = 1,12 м.

Рисунок 3.3 — Схема разработки параболического канала.

Определяем ширину по дну:

b_у = 0,25 Н_к; (3.4).

b_у = 0,25? 1,4 = 0,35 м.

Для каналов параболического сечения л_ср равно углу наклона к горизонту касательной к параболе.

Определяем угол наклона откоса к горизонту:

л_ср = arc tg; (3.5).

л_ср = arc tg = 54?.

Определяем дальность разбрасывания грунта фрезами:

l_от = А_к k_p / 2 h_от; (3.6).

l_от = 2,61 ?1,2 / 2 ?0,15 = 10,44 м.

где, h_от — толщина разбрасываемого слоя h_от = 0,15 м;

k_p = 1,2 — коэффициент разрыхления [1] ;

Определяем окружную скорость фрезы:

Vокр = (1,3 … 1,5) lот; (3.7).

Vокр = (1,3 … 1,5)? 10,44 = 13,5 … 15,6 м/сек.

Угол разгрузки выбираем = 60? [1];

Определяем радиус фрезы по концам ножей (рис 3.4):

r_фр = Н_у /[(1 + cos) sinл]; (3.8).

r_фр = 1,12 /[(1 + cos 60) sin54] = 0,9 м, Тогда диаметр фрезы D_фр = 2? r_фр = 1,8 м (рис 3.4).

Рисунок 3.4 — Схема к определению диаметра фрезы Необходимо определить угол разворота фрез б_раз по формуле:

а = D_фр(sin б_раз)/2; (3.9).

Отсюда б_раз = arcsin (2a/D_фр); (3.10).

Значение а можно рассчитать следующим образом:

а = (b₂ — b₁)cos л_ср; (3.11).

где b₁ и b₂ — свободные члены уравнений прямых.

Расчёт b1 можно выполнить по формуле:

b₁ = H_y + b_y/(2tg л_ср) = 1,12 + 0,35/2?1,37 = 1,25 м, (3.12).

а расчёт b₂ — по формуле.

b₂ = H_k/2 + (H_k/2a)^½/tg л_ср = 0,7 + 0,9/1,37 = 1,43 м, (3.13).

Находим:

а = (1,43 — 1,25)? cos54° = 0,25 м,

Рассчитываем б_раз:

б_раз = arcsin (0,35?2/1,8) = arcsin (0,264) = 16°.

Шаг ножей определяем по формуле:

Т_н = рD_фр /z_н; (3.14).

Т_н = 3,14?1,8 /3 = 1,8 м.

где z_н — число ножей.

Число ножей определяем из выражения:

z_н = р D_фр П_т / (v_окр А_к с); (3.15).

z_н = 3,14 ?1,8?0,069 / (14?2,61?0,006) = 2,2.

где П_т — техническая производительность каналокопателя, см³/с. По заданию Пт = 250 м³/ч = 0,069 см³/с.

Число ножей принимаем для торфяных грунтов z_н = 3 c установкой в два ряда. Ножи принимаем гребенчатой формы для лучшей разработки древесных остатков.

Подачу на нож рассчитываем по формуле:

c = р D_фр П_т / (v_окр А_к z_н); (3.16).

c = 3,14 ?1,8? 0,069 / (14?2,61?3) = 0,003 м, Увеличиваем подачу в два раза и получаем с = 0,006 м.

где П_т — техническая производительность каналокопателя;

Ширину фрезы определяем по формуле:

b_фр = D_фр/(15…20); (3.17).

b_фр = 1,8/(15…20) = 0,12…0,09 м.

Ширину фрезы принимаем b_фр = 0,12 м, При двух линиях резания: b_н = b_фр / 2 = 0,12 / 2 = 0,06,.

Ширину ножа принимаем b_н = 0,06 м.

Принятое значение b_фр должно удовлетворять условию размещения фрез на дне канала. Края фрез не будут соприкасаться, если выполняется данное условие:

b_фр ? b_д /(2sinл); (3.18).

• 0,12? 0,35 /(2sin54),
• 0,12? 0,22.

Условие выполняется.

Требуемый угол разворота фрез б_раз примем из обзора конструкций. У экскаватора ЭТР-153 он равен 14°. Принимаем б_раз = 14?.

Рисунок. 3.5 — Геометрия режущей части ножа.

Угол резания ножа (рис. 3.5), прорезающего узкие щели в переувлажненных грунтах, = 60, задний угол = 20 .

Длина ножей измеряемая в радиальном направлении, принимаем l_н =0,1 м .

Рисунок 3.6 — Конструкция фрезы с гребенчатыми ножами Угол отклонения _л от радиального направления принимаем _л= 20.

Ширина лопаток b_л принимается меньше ширины ножей и рассчитывается по формуле:

b_л = b_н — 0,02; (3.19).

b_л =0,12 — 0,02 = 0,1 м.

Радиус лопаток r_л рассчитывается по формуле:

r_л = D_фр / 2 — l_н; (3.20).

r_л = 1,8 / 2 — 0,1 = 0,8 м.

Определим значение l_л:

(l_л² b_л cos² _л щ k_н / 3k_р) — (l_л b_л r_л cos _л щ k_н / k_р) + П_л = 0; (3.21).

где щ — угловая скорость лопатки, м/с;

k_н — коэффициент наполнения пространства в котором происходит транспортирование грунта лопатками, принимаем k_н = 0,15 [3];

r_л — радиус конца лопатки;

П_л — техническая производительность лопаток по выносной способности, м³/с.

Угловая скорость фрез определяется по формуле:

щ = 2? V_окр/ D_фр, рад/с; (3.22).

щ = 2? 14/ 1,8 = 15 м/с.

Лопатки должны обеспечивать производительность П_л, которая определяется по формуле:

П_л = П_т — (2H_y / sin л )b_ф ?Vn; (3.23).

П_л = 0,069 — 2?1,12 /0,8 ?0,12?0,026 = 0,06 м³/c.

Скорость рабочего передвижения v_п рассчитываем по формуле:

v_п^ном = П_т^ном /A _ном; (3.24).

v_п^ном = 250 /2,61 = 95,7 м/ч = 0,026 м/c.

Подставляем значение.

• (l_л²? 0,1? 0,92? 15? 0,15/ 3? 1,2) — (l_л? 0,1? 0,8? 0,96? 15? 0,15/ 1,2) + 0,06= 0,
• 0,06? l_л² — 0,14? l_л+0,06 = 0,

ах² + bх + с = 0;

l_л² — 2.3l_л + 1 = 0;

Д = b² — 4ас = 2,3 ² — 4? 1? 1 = 1,29,.

х₁ = -b+/2? а = (2,3 +1,13)/2? 1 = 1,6 м,.

х₂ = - b -/2? а = (2,3 -1,13)/2 ?1 = 0,58 м.

Принимаем длину лопатки l_л = 0,58 м (рис. 3.6).

Таблица 3.1 — Основные параметры рабочего оборудования.