ПЗ-Митрофанов (Модернизация разгрузочного конвейера снегоуборочной машины), страница 6

В качестве электродвигателя используется асинхронный электродвигатель АО2-71 мощностью 18,5 кВт с частотой вращения вала 750 об/мин (рис. 3.3). Асинхронные электродвигатели общего назначения А2 и АО2 были разработаны в 1959 г. (до них выпускались соответственно серии А и АО) и имели девять габаритов с высотами оси вращения от 90 до 280 мм. В электродвигателях этой серии была применена новая обмотка с тонкослойной изоляцией и новые для тех лет виды изоляционных материалов. 

Рис. 3.3. Асинхронный электродвигатель АО2-71

Ряд мощностей двигателей состоял из 19 ступеней в диапазоне от 0,60 до 100 кВт. Кроме основного исполнения в серии был предусмотрен ряд специальных модификаций и исполнений.

В настоящее время асинхронные электродвигатели этого типа не выпускаются, они заменялись последовательно сериями двигателей 4А, 4АМ и затем - АИР. 

Однако до сих пор эксплуатируется достаточно много двигателей серии А2 и АО2, как и в случае с машиной СМ-2.

Асинхронные двигатели общепромышленного назначения типов А2 и АО2 предназначались для продолжительного режима работы от сети трехфазного переменного тока.

Для решения поставленной в работе задачи установить современный электродвигатель с соответствующими параметрами. Применение требуемого электродвигателя обеспечит ускорение процесса выброса снега без изменения кинематики привода (параметров цепной передачи и типоразмера звездочек всего конвейера).

В качестве электродвигателя предлагается установить типоразмер двигателя АИР 160М4 со встроенной температурной защитой (рис. 3.4). В обмотку двигателя установлен датчик температуры или термореле. При перегреве обмоток сверх допустимой нормы в тяжелых и аварийных режимах работы датчик выдает сигнал на отключение двигателя.

Рис. 3.4. Асинхронный электродвигатель АИР 160М4.

Параметры двигателя: мощность 18,5 кВт; частота вращения выходного вала 1460 об/мин.

При таких параметрах изменение скорости составит 1460/7602.

Это позволит увеличить скорость и дальность выброса снега на величину до 15 метров.

4. РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

4.1. Определение производительности

Техническая производительность снегоуборочной машины определяется по формуле

(4.1)

где , - средняя ширина и высота разрабатываемой траншеи, м: =4 м, =0,5 м;

-рабочая скорость снегоуборочной машины,м/ч: =0,5 км/час=0,14 м/сек.

По (4.1)

м³/час.

По технической характеристике машины - до 1200 м³/час.

Теоретическая производительность ротора-питателя м³/с или кг/с

или (4.2)

где - объём ячейки ротора, м³;

- плотность снега, т/м³ ( = 0,3…0,5): =300 кг/м³=0,3 т/м³

(4.3)

где - наружный и внутренний диаметры ротора-питателя, м: =1,4 м, =0,53 м;

В_р - ширина ротора, м: В_р=2,4 м;

- частота вращения ротора, об/час: =2,55 об/с=9180 об/час;

- коэффициент, учитывающий объем, занятый лопатками, ножами, рёбрами жесткости и т. п. ( = 0,92…0,95): примем =0,94;

- число ячеек ротора ( , здесь - центральный угол меж­ду лопатками, рад: рад=60⁰): =6;

- коэффициент уплотнения снега (для сухого снега =1,5);

- коэффициент наполнения ячейки ( =0,1…0,25): примем 0,1.

Тогда по (4.3) и (4.2)

м³

м³/ч

т/ч.

Производительность конвейера должна быть не меньше производительности ротора-питателя.

4.2. Расчет мощности силовой установки

Мощность силовой установки машины складывается из составляющих и определяется по выражению

, кВт (4.4)

здесь - мощность привода ротора-питателя, кВт;

- мощность привода боковых щеток, кВт;

- мощность привода конвейера, кВт;

- мощность привода компрессора, кВт: =7 кВт (по технической характеристике машины);

- мощность привода топливного насоса, кВт: =1,1 кВт (по технической характеристике машины).

По технической характеристике машины мощность привода ротора-питателя одинакова с мощностью привода боковых щеток, поэтому для определения суммарной мощности силовой установки определим неизвестные составляющие в выражении (4.4).

4.3. Расчет мощности привода ротора-питателя

Общая мощность необходимая для работы рото­ра-питателя снегоуборочной машины складывается из двух со­ставляющих - мощности холостого хода N_хх и полезной мощно­сти N_п, кВт,

N_рп=N_хх+N_п N_п= N_хх=k_хх N_п (4.5)

где N₁, N₂, N₃ N₄, N₅ - мощности, расходуемые на: резание снега, сообще­ние снегу скорости вращения ротора, преодоление силы трения снега о снежный массив, подъём вырезанного снега из забоя, сообщение снегу относитель­ной скорости движения вдоль лопасти, кВт;

k_хх – коэффициент мощности на холостой ход ротора с гибкими заборными элементами (щетками) и неучтенные сопротивления: k_хх=0,15…0,25.

Мощность, расходуемая на резание снега

где - среднее суммарное сопротивление снега резанию режущими щетками в данный момент, Н

- скорость резания, м/с:

(4.6)

м/с

где - угловая скорость вращения ротора, рад/с;

- радиус ротора по концам щеток, м: R=0,7 м;

n - частота вращения ротора, с^-1: n=2,55 с^-1;

- коэффициент, учитывающий угол резания ( =1..2,5): примем =1,5;

- удельное сопротивление резанию ( =1900 Н/м² при р=300 кг/м³; =25000 Н/м при р=550 кг/м³): примем =1900 Н/м² при р=300 кг/м³;

- средняя суммарная площадь срезаемой стружки, м².

(4.7)

где - производительность ротора, м³/с: =4090 м³/час=1,13 м³/с;

Н - высота забоя, м: Н=0,5 м;

- средний угол наклона плоскости поперечного сечения стружки к горизонту, т. е. средний угол поворота ротора: принимают =32⁰;

- угол контакта ротора с забоем, рад: =3,5 рад

м²

Н

кВт.

Мощность, расходуемая на сообще­ние снегу скорости вращения ротора (4.8)

где - масса снега, вырезаемая ротором за 1 с, кг:

(4.9)

- плотность снега, кг/м³

кг

кВт.

Мощность, расходуемая на преодоление силы трения снега о снежный массив

(4.10)

где - сила трения, Н:

(4.11)

- центробежная сила, Н

(4.12)

- коэффициент трения снега о снег: =0,27 при р=100 кг/м³; =0,57 при р = 550 кг/м³: примем для плотности р = 300 кг/м³ - =0,4;

- угловая скорость вращения ротора, рад^-1:

рад^-1 (4.13)

- масса снега, находящегося на режущих лопастях в данный момент времени, кг

(4.14)

n - частота вращения ротора, с^-1: n=2,55 с^-1;

- угол контакта ротора, рад: =3,5 рад;

- расстояние от оси вращения до центра тяжести призмы расположенного на лопасти, м.

Принимаем, что на лопасти снег располагается сплошным массивом в виде четырёхгранной призмы. Центр тяжести её находится на расстоянии от оси вращения, где - расстояние от оси вращения ротора до начала лопасти (радиус ступицы), м: =0,265 м - м. Подставляя значение всех величин в формулу (4.11), получим окончательное значение силы трения:

(4.15)

Н

кВт.

Мощность, расходуемая на подъём вырезанного снега из забоя

(4.16)

где - высота подъёма ротором вырезанного снега, м: =1,4 м;

g - ускорение свободного падения, м/с²: g=9,8 м/с².

кВт.

Мощность, расходуемая на сообщение снегу относитель­ной скорости движения вдоль щетки

(4.17)

где - относительная скорость движения вырезанного снега вдоль щетки, м/с

м/с (4.18)

кВт.

Таким образом, полезная мощно­сть N_п, расходуемая на резание и отброс снега составит

N_п= =5,1+21,2+41+4,6+18,2=90 кВт.

N_хх=0,1590=13,5 кВт

N_рп=90+13,5=103,5 кВт.

4.4. Расчет мощности привода конвейера

Конвейер передает снег или засорители, убираемые с пути питателем в полувагоны снегоуборочного поезда, прицепленные к головной машине. Расчет мощности привода конвейера производим методом обхода по контуру по схеме, представленной на рисунке 4.1. Сущность метода обхода трассы по точкам состоит в том, что усилие в каждой последующей по ходу её движения точке контура равно сумме усилия в предыдущей точке и силы сопротивления на участке между этими точками, т.е.

(4.19)

В общем случае сопротивление (Н) на участках ветвей конвейера определяется по формуле

, Н (4.20)

где - погонная масса груза на ленте, кг/м;

- ускорение свободного падения, м/с²: =9,8 м/с²;

- суммарный коэффициент сопротивления движению цепи по направляющей, при перемещении роликовой цепи на подшипниках скольжения в состоянии покоя, =0,2;

- погонная масса выбранной цепи, кг/м, для ПРА 50,8 =9,7 кг/м;
- длина участка, м;

Рисунок 4.1 - Схема к определению мощности привода конвейера

- высота подъема груза на наклонном участке, м.

Погонную массу груза на ленте, т.е. снега, определим из производительности ротора-питателя, которая составляет 4090 м³/час (см. п. 4.1). Ширина конвейера составляет В=2,33 м, а скорость конвейера V=1 м/сек. Таким образом при работе машины погонная нагрузка на конвейере от снега составляет м³/м, а при плотности снега 0,3 т/м³ погонная нагрузка составит =0,4872,330,3=0,34 т/м=340 кг/м.

Последовательно определим сопротивления в точках конвейера (см. рис. 4.1.)

В точке сбегания цепи

, Н (4.21)