ANNUAL of the University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, Vol. 57, Part ІІІ, Mechanization, electrification and automation in mines, 2014
Под статична устойчивост на багера се разбира способността му да стои стабилно върху ходовия механизъм при работа или в движение. Статичното изчисляване на багерите се извършва при конструирането им и при експлоатацията в следните случаи:
- когато вместо стандартна кофа се използва кофа с по-голям обем;
- при замяна на работния орган с друг, нехарактерен за модела;
- когато машината работи в тежки условия.
Като критерий за устойчивостта на багера служи т.н. коефициент на устойчивост , който представлява отношение на сумата на моментите на задържащите сили и сумата на моментите на обръщащите .
(1)
1. Статична устойчивост на хидравличните еднокофови багери през време на движение нагоре
Технологията на работа на хидравличните багери изисква честото им преместване, дори в границата на един забой, което налага осигуряването на висока мобилност чрез повишена тяговъоръженост на гъсеничния ходов механизъм. Това, в съчетание с по-малката в сравнение с въженомеханичните багери маса, позволява преодоляване на по-големи наклони. Всичко това създава предпоставки за възникване на различни критични ситуации, при които е възможна загуба на устойчивост и обръщане на багера при движение. Двете най-опасни ситуации, характеризиращи се с минимална стойност на коефициента на устойчивост са при движение нагоре и надолу.
При движение нагоре най-опасна за устойчивостта на багера е следната ситуация (Фиг. 1):
- багерът се движи нагоре по терен с максимален наклон, лимитиран от мощността на двигателите на гъсеничния ходов механизъм;
- горният строеж е разположен надлъжно на гъсеничната ходова платформа по посока на движението;
- работният орган е по посока на движение и е максимално прибран към горния строеж, при което създаваният от него задържащ момент е максимален;
- максимално допустимото ветрово натоварване действува по посока на нисходящия наклон.
Пълният задържащ момент се създава от косинусовите компоненти на теглата на всички елементи на горния строеж и гъсеничната ходова платформа, разположени пред линията на обръщане от страна на работния орган, и косинусовата компонента на теглото на работния орган.
Пълният обръщащ момент се създава от косинусовите компоненти на теглата на всички елементи на горния строеж и гъсеничната ходова платформа, разположени зад линията на обръщане от страната на противотежестта, от синусовите компоненти на теглата на всички елементи на горния строеж, ходовата платформа и работния орган и от ветровото натоварване.
Линията на обръщане минава през точката на контакт на опъващото (задно по посока на движение) колело с терена (т. В на фиг.1)
Фиг. 1. Сили действащи на багера при движение нагоре
1.1. Обръщащ момент и задържащ момент, създавани от гъсеничната ходова платформа
Спрямо линията на обръщане, успоредна на ос и отстояща от нея на разстояние , преобръщащият и задържащият моменти могат да се пресметнат по формулите:
(2)
(3)
където: е броят на елементите на ходовата платформа, за чиито ординати е изпълнено условието ;
- - броят на елементите на ходовата платформа, за чиито ординати е изпълнено условието ;
- - площ на гъсеничната ходова платформа при поглед отпред;
- - апликата на геометричния център на ;
- - динамично налягане на вятъра.
1.2. Обръщащ момент и задържащ момент, създавани от горният строеж на багера
Пълният обръщащ и задържащ момент могат да бъдат определени от формулите:
(4)
(5)
където: е броят на елементите на ходовата платформа, за чиито ординати е изпълнено условието ;
- - броят на елементите на ходовата платформа, за чиито ординати е изпълнено условието ;
- - площ на горния строеж при поглед отпред;
- - апликата на геометричния център на ;
- - динамично налягане на вятъра.
1.3. Обръщащ момент и задържащ момент, създавани от теглото на работния орган на багера
Задържащият момент от теглото на стрелата е най-малък, когато тя е максимално приближена към оста на въртене. Това условие е изпълнено при напълно изваден бутален прът на цилиндър или когато . Положението на ръката се определя също спрямо описаното положение. При така определеното положение на работния орган задържащият момент, създаван от него, може да бъде определен съгласно израза:
(6)
Обръщащият момент се определя от израза:
(7)
където: - площ на работния орган в описаното състояние при поглед отпред;
- - апликата на геометричния център на ;
- - динамично налягане на вятъра.
1.4. Пълни обръщащ и задържащ моменти. Коефициент на устойчивост на багера при движение нагоре
Пълният обръщащ момент може да бъде определен съгласно израза:
(8)
Пълният задържащ момент се определя от израза:
(9)
Коефициентът на сигурност на багера при движение нагоре се определя съгласно израза:
(10)
2. Статична устойчивост на хидравличните еднокофови багери през време на движение надолу.
При движение надолу най-опасна за устойчивостта на багера е следната ситуация (Фиг. 2):
- багерът се движи надолу по терен с максимален наклон и се разглежда момент, в който започва спиране от движение;
- горният строеж е разположен надлъжно на гъсеничната ходова платформа по посока на движението;
- работният орган е по посока на движение и е максимално изнесен напред, при което създаваният от него обръщащ момент е максимален;
- максимално допустимото ветрово натоварване действува по посока на низходящия наклон.
Пълният задържащ момент се създава от косинусовите компоненти на теглата на всички елементи на горния строеж и гъсеничната ходова платформа, разположени зад линията на обръщане от страна на противотежестта.
Пълният обръщащ момент се създава от косинусовите компоненти на теглата на всички елементи на горния строеж и гъсеничната ходова платформа, разположени пред линията на обръщане от страната на работния орган, от синусовите компоненти на теглата на всички елементи на горния строеж, ходовата платформа и работния орган и от ветровото натоварване.
Фиг. 2. Сили действащи на багера при движение надолу
Линията на обръщане минава през точката на контакт на задвижващите (предни по посока на движение) колела с терена (т. С на фиг. 2).
2.1. Обръщащ момент и задържащ момент, създавани от гъсеничната ходова платформа
Спрямо линията на обръщане, успоредна на ос и отстояща от нея на разстояние , преобръщащият и задържащият моменти могат да се определят по формулите:
(11)
(12)
където: е броят на елементите на ходовата платформа, за чиито ординати е изпълнено условието ;
- - броят на елементите на ходовата платформа, за чиито ординати е изпълнено условието ;
- - площта на гъсеничната ходова платформа при поглед отпред;
- - апликата на геометричния център на ;
- - динамично налягане на вятъра.
2.2. Обръщащ момент и задържащ момент, създавани от горният строеж на багера
Пълният обръщащ и задържащ момент се определят:
(13)
(14)
където: е броят на елементите на ходовата платформа, за чиито ординати е изпълнено условието ;
- - броят на елементите на ходовата платформа, за чиито ординати е изпълнено условието ;
- - площ на горния строеж при поглед отпред;
- - апликата на геометричния център на ;
- - динамично налягане на вятъра.
2.3. Обръщащ момент и задържащ момент, създавани от теглото на работния орган на багера
Обръщащия момент от теглото на стрелата е най-голям, когато тя е максимално отдалечена от оста на въртене.
При така определеното положение на работния орган задържащият момент създаван от него може да бъде определен съгласно израза:
(15)
Обръщащият момент се определя от израза:
(16)
2.4. Пълни обръщащ и задържащ моменти. Коефициент на устойчивост на багера при движение надолу
Пълният обръщащ момент може да бъде определен съгласно израза:
(17)
Пълният задържащ момент се определя от израза:
(18)
където е инерционнaта сила при спиране.
Коефициентът на сигурност на багера при движение на долу се определя съгласно израза:
(19)
Изводи
В методиката са разгледани две от най – опасните положения на багера по време на движение. Положението на работния орган на багера зависи от положението на буталните пръти на трите двойки хидравлични цилиндри, задвижващи стрелата, ръката и кофата. Следователно положението на работния орган на багера при движение може да бъде различно от разгледаните. Използвайки методиката, може да бъде създадена компютърна програма, която да изчислява коефициента на устойчивост при различни положения на работния орган и да определя най-критичната ситуация.
Литература
Гаврилов Н. И. и др. 1980. Гидравлический экскаватор ЭО-4121, Москва, Машиностроение.
Гоберман Л. А., 1988. Основы теории, расчета и проектирования строительных и дорожных машин, Москва, Машиностроение.
Technisches Handbuch Erdbewegung. Ausgabe 1985, Liebherr-Imternatifnal AG.
Статията е препоръчана за публикуване от кат. „Механизация на мините”.