3.1 Уравновешенность поворотной платформы

Уравновесить поворотную платформу -- значит устранить выход результирующей веса платформы с механизмами и рабочим оборудованием за пределы периметра опорного круга при поворо-те платформы с полной нагрузкой и без нагрузки на рабочем органе.

Удерживающий момент М_у (кН*м) образуется от равнодей-ствующей G₁ (кН) весов всех вращающихся частей экскаватора (за исключением противовеса и рабочего оборудования) на плече от-носительно оси вращения платформы. В противоположном на-правлении на платформу экскаватора действует опрокидывающий момент М_о (кН*м) от веса рабочего оборудования с грузом, выдвинутым на максимальный вылет.

При определении оптимальных размеров рабочего оборудо-вания, например драглайна, основной заданной величиной являет-ся вместимость ковша или длина стрелы. Если обе величины изме-нять нежелательно, то прибегают к изменению диаметра опорной базы (в известных пределах). Таким образом, расчет уравновешен-ности платформы сводится к задаче, в которой среди принятых и заданных величин имеются такие, которые могут быть изменены.

Платформа считается уравновешенной, если при любых воз-можных положениях поворотной части с ковшом (порожним или груженым) соблюдаются следующие необходимые условия:

* равнодействующая весов вращающихся частей с рабочим оборудованием не должна выходить за периметр много-угольника, образованного соединением точек касания опор-ных катков с поворотным кругом;

* перемещения равнодействующей вперед или назад по от-ношению к центральной цапфе желательно иметь одинако-выми по величине.

Уравновешивание поворотной платформы достигается соответствующим размещением всех механизмов на поворотной платформе и выбором массы противовеса.

Масса противовеса определяется для двух расчетных положений: I -- ковш опущен на почву (веса ковша и рукояти не создают момента); II -- груженый ковш вы-двинут на 2/3 вылета рукояти.

Первое положение соответствует возможности смещения равнодействующей назад и отвечает, например, для рабочего обо-рудования лопаты, моменту начала копания при ковше, лежащем на земле (см. рис. 3.1, положение I). При этом подъемный канат ослаблен. Таким образом, веса рукояти G_р (кН) и ковша G_k(кH) ис-ключаются из состава опрокидывающих сил. Масса противовеса m_np1 (т) или его вес G_np = g*m_np (кН) могут быть определены из уравнения моментов относительно точки А. При условии, что рав-нодействующая V_A весов поворотной части экскаватора (с проти-вовесом и рабочим оборудованием) проходит через точку А (край-нее допустимое положение равнодействующей внутри круга ката-ния с радиусом R_о получим

m_np1 = (M_o - M_y)/(r_пр - R_о) *g = [G_c (r_c+R_о) - G₁(r₁ - R_o)]/( r_пр - R₀) *g,

где G_c и G₁ -- веса стрелы и поворотной платформы с механизмами соответственно, кН; r_пр, r_c, r₁ -- плечи действия сил (см. рис. 3.1, а).

Второе положение соответствует возможности выхода равно-действующей вперед за точку В. При расчете экскаваторов средней мощности принимают, что груже-ный ковш выдвинут на 2/3 длины рукояти, а для мощных экскава-торов -- на полную ее длину.

Предположим, что равнодействующая V_B весов поворотной части экскаватора проходит через точку В. Тогда масса противо-веса из уравнения моментов относительно точки В будет

m_пр = [G_c (r_с - R₀) + G_рr_p + G_к+пr_к - G₁(r₁ + R_o)]/(r_пp + R_о)*g,

где r_p и r_к -- плечи действия сил (см. рис. 3.1, а).

При выборе массы противовеса экскаватора с одним видом рабочего оборудования достаточно получить m_пр1 = m_пр2 и принять величину противовеса такой, чтобы m_пр2 < m_пр < m_пр1.

Если масса противовеса для положения II получается боль-ше, чем для положения I, то это указывает на чрезмерное смещение механизмов на платформе вперед, на слишком длинное и тяжелое рабочее оборудование или на то, что выбранный диаметр пово-ротного круга мал.

Если m_пр2 < 0 < m_пр1, то это свидетельствует об излишне лег-ком или коротком рабочем оборудовании. То же самое может быть и при чрезмерно сдвинутых назад механизмах.

Драглайн. Масса противовеса для драглайна, как и для лопа-ты, определяется для двух расчетных положений: I -- ковш опущен на землю, стрела поднята на максимальный угол г_mах = 45ч50°, II -- ковш с породой поднят к голове стрелы, стрела опущена на минимальный угол г_min = 25ч30°.

Последовательность расчета уравновешенности платформы драглайна такая же, как и для прямой лопаты.

Рис. 3.1 Схема к определению уравновешенности драглайна

Исходные данные: радиус опорно-поворотного круга R_о = 2,5 м, массы стрелы с напорным механизмом, рукояти, ковша с породой и платформы соответственно m_c= 100 т; m_к+п= 34,7 т и m_пл=180 т, а плечи противовеса и поворотной платформы соответственно равны r_с=40 м, r_пр=10м, r₁=25м.

В соответствие с рис. 2.1. массу противовеса определяем для двух рас-четных положений.

1. Ковш опущен на землю, тогда из уравнения моментов относительно точки А имеем:

m_np1=[G_c(r_c+R_о) - G_пр(r₁-R_o)]/g( r_пр-R_о) = [m_c(r_c+R_о) - m_пл(r₁-R_o)]/( r_пр-R_о)= =[100* (40+2,5) - 180(25 - 2,5)]/(10 - 2,5) = 26,6 т

Определим точку x₁ приложения равнодействующей всех сил G дейст-вующих на поворотный круг при массе противовеса

m_np1 = 0, тогда G = g* ( m_пл + m_c) = 9,8* (180+ 100) = 2746 кН,

и из уравнения моментов относительно оси О имеем

m_пл* ( r₁- x₁) = m_c* ( r_c + x₁),

откуда

x₁ = (m_плr₁ - m_cr_c)/( m_пл + m_c) = (180 * 25-100 * 40)/(180 + 100)= 1,7 м

влево от оси О и внутри поворотного круга.

Если же расположить противовес m_np1 = 26,6т на расстоянии r_пр = 10 м от оси вращения платформы, то равнодействующая всех сил:

G = g*( m_c+ m_пл+ m_np1) = 9,81*(100 + 180 + 26,6) = 3007,7 кН,

действующих на поворотный круг будет приложе-на в точке А, однако эта дополнительная нагрузка на поворотный круг будет от-рицательно сказываться на общем балансе весов экскаватора.

2. Груженый ковш выдвинут на 2/3 вылета рукояти, то-гда из уравнения моментов относительно точки В имеем:

m_np2 = [m_c*(r_c - R_o) + m_к+пr_к - m_пл•(R_o+1,2r₁)]/(r_пр - R_о) =

= [100* (40 - 2,5)+ 34,7 * 66,5-180*(2,5+1,2*25)]/(10-2,5) = (3700+ 2004,1 - 5940)/7,5 = -31,4

Определим точку x₂ приложения равнодействующей всех сил G дейст-вующих на поворотный круг при массе противовеса m_пр2 = 0, тогда

G = g(m_c + m_пл+ m_к+п) = 9,81* (100 + 180+ 34,7) = 3087 кН,

а из уравнения моментов относительно оси О имеем:

m_пл(r₁ + x₂) = m_c(r_с - x₂) + m_р(r_р - x₂) + m_к+п(r_к - x₂),

откуда

x₂ = (m_cr_с + m_к+пr_к - m_плr₁)/( m_c + m_пл + m_к+п ) =

= (100*40 + 34,7 * 66,5 -180 * 25)/(100 +180 + 34,7 )= 5,09 м

вправо от оси и внутри поворотного круга.

Равнодействующая всех сил действующих на поворотный круг будет приложена в точке В только если масса противовеса будет отрицательной вели-чиной, что не имеет физического смысла.

Данный экскаватор имеет удовлетворительно уравновешенную платформу. В расчетных случаях равнодействующая всех сил не выходит за пределы периметра опорно-поворотного круга, что не требует установки балластного груза. [2].