1.1 Radni proce s Radni proces rotornih rovokopača odvija se u četiri faze: • kopanje materijala tla, * transportovanje zahvacenog materijala tla ka zoni praznjenja, praznjenja, • pražnjenj e kofica, odnosno istre sanje materi materi jala tla na odlagač i * odiaganje iskopanog materijala tla. Proces kopanja ostvaruje se složenim kretanjem reznih elemenata, slika 1.5. Pri tome pravoiinijska translacija vučne mašine brzinom vvm predstavlja prenosno, a ohrtanje rotora oko sopstvene ose ugaonom brzinom a)n relativno kretanje. Kretanje rotora, dakle, pripada klasi ravnog kretanja, pa se, prema tome, može opisivati u biio kojoj ravni upravnoj na osu obrtanja rotora.
kružnice poluprečnika r 0 po pravoj p, koja predstavija geometrijsko mesto tre nutnih poiova brzina rotora. Apsolutne kordinate referentne tačke kofice, tačka M, slika 1.5, u odnosu na nepokretni koordinatni sistem Oxy, x = r 0 (p J rRr sin Ф , y = -Rr cos Ф
,
postaju parametarske jednačine apsolutne trajektorije posmatrane tačke kada se
ugao cp izrazi kao funkcija vremena, x = r 0 mr i -r -rRr sin CDJ ,
i' 1
W
y = -Rr
'
coso)r i.
Na osnovu strukture jednacina (1.2), zakijucuje se da apsolutna trajektorija uočene tačke kofice pripada klasi cikioida. slika 1.6. t i k yfmj 2 -
Slika 1.5 - Radni proces rotornih rovokopača 1 -kofica - kofica u zoni kopanja; 2 - kofica u zoni transportovanja zahvacenog z ahvacenog materijala; 3 - kofica u zoni praznjenja; 4 - zatvarač (sektor zatvaranja); 5 - t rakasti transporter (odlagač); 6 - vučna mašina: x, y - ose nepokretnog sistema referenciie; vvm - brzina vučne mašine; a> r - ugaona brzina rotora; Py - trenutni tre nutni pol brzina rotora: r 6 - rastojanje trenutnog pola brzina od ose obrtanja rotora; p - geometrijsko mesto trenutnih trenut nih poiova brzina; RF - poluprečnik rotora;
zatvaranja)
Ukoliko su u odredenom režimu rada intenziteti brzine vučne mašine i ugaone brzine rotora konstantni, onda je i rastojanje trenutnog pola brzina rotora od ose njegovog obrtanja,
Slika 1.6 - Apsolutna trajektorija referentne tačke kofice Analiza otpora koji se javljaju tokom kopanja I proračun snage neophodne za izvodenj e ove faze radnog procesa, detalj no su izloženi n pogiaviju 6. Nakon iziaska iz zahvata sa tlom, slika 1.5, kofica transportuie zahvaćeni materijal tla ka zoni praznjenja. Da bi se sprečiio nekontrolisano pražnjenje kofi ca tokom transportovanj a zahvacenog materija la tla ka zoni praznjenja, postavij a se odgovaraiući zatvarač (sektor zatvaranja;. Proces praznjenja kofica odvija se pod deistvom težine materijala tla (gravitaciono pražnjenje). Tokom praznjenja kofice, materijal tla pada na trakasti transporter (odlagač) koji ga odiaže n transportno sredstvo ili na deponiju.
konsianino. Tada kretanje rotora rnože da se predstavi kotrljanjem bez klizanja
Postupak proračuna snage neophodne za transportovanje materijala. tie
od trenutka odvajanja od masiva do trenutka napuštanja kofice, dat je u pogla viju 6. Detaljna analiza proc esa praznjenja kofica izlož ena je u poglaviju 5, a postupak određivanja osnovnih parametara i snage odlagača u poglaviju 7. Osnove guseničnih mehanizama za kretanje, sa odgovarajućim proračunom snage, izlozne su u poglaviju 8.
1.2 Ka.pa.cite! Kapacitet (učinak) predstavija osnovni tehničko-eksploatacioni pokazatelj rovokopača. Izražava se zapreminom ill masom materijala tla koji mašina iskopa u jedinici vremena (čas, smena, dan, mesec III godina). Kapacitet rovokopača zavisi od stainih I promenijivih (siučajnih) faktora. Stalni faktori koji utiču na kapacitet su konstruktivno-eksploatacioni parametri rovokopača i to: • broj kofica kofica i njihove dimenzije, dimenzije, odnosno zapremina, • brzina vučne (osnovne) mašine, • učestanost obrtanja rotora, • stepen automatizacije upravljanja i • ergonomske karakteristike. Promenijivi, odnosno, slučajni faktori koji utiču na kapacitet rovokopača odnose se na uslove eksploatacije i održavanja. To su, pre svega: • tehnologija i organizacija organizacija zemljanih radova, • tehnologija i organizacija održavanja, • pouzdanost, « umesnost, odnosno, kvalifi kovanost osoblja koje opsluž uje rnašinu ii toku rada, • fizičko-mehaničke karakteristike i stanje tla koje koje se kopa i • meteorološki usiovi eksploatacije. Na osnovu podataka o kapacitetu, može da se izvrši: • izbor vrste, vrste, tipa i broja rovokopača neophodnih za obavljanje obavljanje projektovanog obirna zemljanih radova, «: upoređivanje različitih konstruktivnih izvođenja rovokopača, odnosno., definisanje parametara neopodnih za procenu nivoa tehmčkog rešenja i efektivnosti rada rovokopača (indeks insta ll sane snage, indeks mase, indeks cene, indeks utroska energije, indeks proizvodnje po jednom izvršiocu angažovanom na rukovanje i opsluživanje mašine tokom. njenog efektivnog rada] • procena nivoa tehničkog stanja stanja rovokopača, • procena nivoa nivoa održavanja rovokopača, • procena nivoa organizacije zemljanih radova radova i • definisanje normative normative rada mašine u zadatim uslovima. Osim navedenog, važno je naglasiti da podatak o zahtevanom kapaci tetu predstavija jedan od osnovnih poiaznih podataka za projektovanje rovo-
kopača.
1.2.1 Teori|ski kapacitet Teorijski kapacitet definiše se zapreminom materijala tla u rastresenom stanju, koju rovokopae iskopa u jedinici wemena, pri neprekidnom radu (bez zastoja) sa projektovanim (nominainim) parametrima režima rada, uz 100% punjenje zahvatnih elemenata - kofica. On, dakle, predstavija maksimaIni kapacitet koji rovokopae može da ostvari, s obzirom na svoje konstruktivne karakteristike. Zato se često naziva i konstruktivnim kapacitetom. Odreduje se računskim putem, verifikuje tokom ispitivanja mašine i unosi u njenu prateću dokumentaciju. Na osnovu podataka o teorijskom kapacitetu vrši se upoređi vanje nivoa konstruktivnih rešenja rovokopača istog tipa. Teorijski kapacitet rovokopača odreduje se kao proizvod broja praznje nja (n p ) i zapremine kofice (q), Qo = **Р Ч-
Teorijski kapacitet predstavija osnovu za odredivanje
tehničkog i
ekspioatacionog kapaciteta.
1.2.2Tehnički kapacite t
Tehnički kapacitet rovokopača definiše se zapreminom materijala tla u prirodnom (raslom, čvrstom) stanju, koju rovokopač iskopa u jedinici vremena, pri neprekidnom radu (bez zastoja), u uslovima koje odreduje realno stanje tla. Dmgim rečima, on predstavija maksimaini kapacitet koji rovokopae određenih konstruktivno-tehničkih karakteristika može da ostvari pri datim uslovima tla, Osnovni pokazatelji karakteristika i stanja tla, koji utiču na kapacitet rovokopaca, su: • koeficijent punjenja (k ) zahvatnih elemenata - kofica, p • koeficijent privremene rastresenosti tla (kj i « koeficijent usiova kopanja (k ). k Koeficijent punjenja zahvatnih elemenata zavisi od. karakteristika tla, dublne rezanja, geometrije ceia rova 1 kvaiiteta praznjenja zahvatnih eleme nata. Podaci o osrednjenim brojnim vrednostima koeficijenta punjenja dati su u label! 1.3. ) Tabeia 1.3 [18] - Koeficiieni punjenja (k p
I Kategoriji a tla \
1
M-]
I
0.8...1,2
I
II
1 0.8 .., 1,1
! in 1 0,75 ... 1,0
IV
0,7 ... 0.9
U iiteraturi [17] se navodi da se srednje vrednostl koeficijenta punjenja
kreću u granama k p=0,8 ... 0,9, pri čerau se niže vrednosti usvajaju za lepljivo I sitnozrnasto sipkasto tlo, a veće za sipkasto krupnozrnasto tlo. Priiikom definisanja kapaciteta trakastog transport era (odiagača) usva jaju se veće vrednosti koeficijenata punjenja. Brojne vrednosti koeficijenta privremene rastresenosti tla date su u tabeli 1.4. Tabeia 1.4 [18] - Koeficijent privremene rastresenosti tla (k ) r
( Kategoriia tia 1 I I II III IV IV
Naziv i karakteristike Peskovit o tlo Treset , humus Peskovit a glina Giinovito tlo Tešk a glina Lanorac
1,08 ... 1,17 1 2 ... 1 3 1,14 ... 1,28 1,24 ... 1,3 1,26 ... 1,32 1,33 ... 1,37
Sli ka 1.6 [17] - Geometrijski Geometrijski paramet ri rotora i rova E r - dubina rova; B F - širina rova; Dr - prečnik rotora meren po reznim ivicama zuba;
- prečnii:
rotora meren po prednjim (reznim) ivicama kofica; bk - imutrašnja širina kofice; <% - debliina čeonog zida kofice; So - debliina lima zatvarača; Do - unutrašnji prečnik rotora (prečnik kotrljajne staze točkova za osianjanje i vodenje rotora); 6^ 6^ - ugaoni korak kofica; y/ k - ugao kopanja (ugao
Koeficijent usiova kopanja obuhvata uticaj karakteristika i stanja tia (pre svega, čvrstoće i vlaznostij na brzinu rezanja. Naime, ukoliko su specifični otpor rezanja i vlažnosi tla veći, utliko je brzina rezanja mania. Osrednjene brojne vrednosti koeficijenta usiova kopanja date su u tabeli 1.5.
zahvata rotora i tia); (pVp - ugao koji definiše položaj vezača prstenova rotora
b [m]unutrašnja sirina kofice, k кт - koeficijent iskorišćenja koraka kofica, k 0 - koeficijent oblika kofice, k p - koeficijent punjenja kofice i k r - koeficijent privremene rastresenosti tia.
Tabeia 1.5 [7, 29] - Koeficijent usiova kopanja (k*>
I Kategoriia tia j I 1 * *[-! 1 0 ,9 ,9 5
1
II
1
0,8
I
in 0,7
I IV 1 0,65
№: predstavija odnos ugia mVp Koeficijent iskorišćenja koraka kofica k 6 k
koji definiše položai vezača prstenova rotora i ugaonog koraka kofica
(6 k - 2ж/пк , nk - broj kofica na rotora),
Tehnicki kapacitet izračunava se na osnovu izraza k p -k k Prema [17], brojne vrednosti koeficijenata iskorišćenja ugaonog koraka kofica
Tehnički kapacitet rotomog rovokopača zavisi, pored ostalog, i od geemetrijske konfiguracije rotora, slika 1.6. U literaturi [17] dat je obrazac za izračunavanje tehničkog kapaciteta,
{1.3}
u kome je: n / mm1 j - ucestanosi obrtanja rotora, Dk fmj- prečnik rotora meren po prednjim ivicama kofica, Do I ml-, unutrašnji prečnik rotora (prečnik kotrljajne staze točko va za osianjanje i vodenje rotora), S k [m I - debliina čeonog zida kofice, Sol mI - debljina lima zatvarača,
kreću se u granicama кт = 0,6 ... 0,7. Obiikovanje kofice sagiasno zahtevima funkcija koje ona mora da ispu-
ni (rezanje tla, prijem, transport i pražnjenje odrezanog materijala tla) dovodi
do smanjenja njene zapremine, što se uzima u obzir koeficijentom oblika kofice № = 0,65 ... 0,7, ukoliko se ko. Njegove brojne vrednosti kreću se u granicama k veličina ugia koji zadnji zid kofice gradi sa apsolutnom trajektorijom referentne tačke kofice naiazi u dijapazonu 4° ... Manje vrednosti koeficijent a oblika kofica usvajaju se za kofice lučnog profiia, a veće za kofice П profila [17]. Formulom (1.3) proverava se valjanost izbora konstruktivno-eksploatacionih parametara rotora, sa aspekta ostvarivanja zahtevanog tehničkog kapa
citeta. Konačno, tehnički kapacitet predstavija tehnicko-ekspioatacioni pokazateij na osnovu koga može da se uporedi efikasnost:
• •
•
rovokopača različit ih koncepcija radnog uredaja, prl kopanju tia određenih karakteristika, rovokopača istih koncepcija, aii različitih konstruktivnih izvođenja radnog uređaia, pri kopanju tia određenih karakteristika. ili rovokopača određene koncepcii e i konstruktivnog resenja rad nog uredaja, pri kopanju tia različitih karakteristika I stanja.
Na osnovu podataka o tehničkom kapacitetu rovokopača, vrši se normiranje odgovarajućih zemljanih radova.
1.2.3 Eksploatacioni kapacitet Kada ses osim karakteristika i stanja tia, uzmu u obzir i svi vremenski gubici izazvani neizbežnim prekidima i zastojima u radu mašine, dolazi se do pojma eksploatacionog kapaciteta - časovnog, smenskog, mesečnog i godišnjeg. Eksploatacioni kapacitet se izračunava na osnovu izraza Qe=Qt*v
u kome je Qt tehnički kapacitet rovokopaca, a k v koeficijent vremenskog iskorišćenja rovokopača u posmatranom periodu vremena.
2.0 KONSTRUKTTVNA REŠENJA ELEMENATA RAĐNOG UREĐAJA I MEHANIZAMA ZA POZICIONIRANJE I OSLANJANJE 2.1 Konstruktiviia rešenja rotora Rotor, slika 2.1, cine dva paraieino postavijena, medusobno kruto povezana prstena (1), za koja su po obimu pričvršćene kofice (2). Osianjanje i vodenje rotora ostvaruje se točkovima (3) i (4). Ovakva koncepcija konstru ktivnog resenja rotora diktirana je načinom praznjenja kofica (gravitaciono) i uslovima smeštaja trakastog odlagača.
Koeficijentom vremenskog iskorišćenja rovokopača u toku jednog časa, obuhvata se uticaj sistema upravljanja mašinom, njeno stanje, umešnost ruko vaoca i vremena trajanja neproizvodnih operacija (promene položaja - premeštanje mašine). Uticaj sistema upravljanja mašinom, njenog stanja i umešnosti ruko vaoca izrazava se koeficijentom k Uf čije se brojne vrednosti kreću u granicama 0,88 ... 0,95. One su utoliko veće ukoliko upravljački sistem rovokopača sadrži servo-mehanizme i mašinom rukuje visokokvalifikovan i umešan rukovalac, odnosno, ukoiiko je viši nivo automatizacije mašine. Vremenski gubici izazvani promenom položaja rovokopača obuhvataju se koeficijentom premeštanja А/ - 0,98. Brojne vrednosti koeficijenta vremenskog iskorišćenja rovokopača u
Slika 2.1 [17] -Rotor 2 - prst en rotora; 2 - kofica; 3 - osioni točkovi; 4 - usmeravajući točkovi: 5 - prednii (rezni) deo kofice; 6 - zub; 7 - bočna strana kofice; S - dno i zadnja strana kofice
i, sagiasno izloženom, kreću se u granicama 0,86 ... 0,93.
Kofica se sastoji od prednjeg (reznog) dela (5), na. kome su smešteni zubi (6), bočnih strana (7) I dna i zadnje strane (8). Dakle, kofica je otvorena sa prednje i unutrašnje strane. Da bi se sprečilo nekontroiisa.no pražnjenje tokom kretanja kofice ka zoni praznjenja, za ram rotora se kruto vezuje zatvarač, sliice 1.5. Dno, odnosno, zadnja strana kofice mogu da budu izradeni od ianaca prepletenih u dva pravca, slika 2.1, lima, ili u vidu rešetke, slika 2.2,
Prilikom odredivanja brojnih vrednosti koeficijenata vremenske iskorišćenosti rovokopača u toku jedne smene, odnosno dana, meseca i godine, uzimaju se u obzir vremena trajanja neproizvodnih operacija (tehničko opsiuživanje, odnosno, podmazivanje i napajanje gorivom, smenski pregled i primopredaja, dijagnostika i remont), zastoji i prelddi u radu, odnosno smanjenje vre menskog fonda neradnim i praznič nim danima.
Obiik 1 konstruktivna resenja dna i zadnje strane kofice značajno utiču na proce s njenog praznj enja. Kada. je dno kofice Izveden o od Ianaca, umanjuj e se efekat lepljenja materijala tla i istovremeno ostvaruje praznjenje kofice ne same pod dejstvom sopstvene težine zahvacenog materijala tla, veći i pod dejstvom težine Ianaca. Naime, u zoni praznjenja kofica lanci se pod dejstvom sopstvene težine pomeraju ka osi obrtanja rotora, potiskujući pri tome materijal
toku jednog časa izračunavaiu se na osnovu izraza k vh
= k ukf
tla iz kofice. Umanjenje efekta lepljenja materijala tla karakteristicno je i za kofice čija je zadnja strana izvedena u obliku rešetke. Najnepovoljniji uslovi praznjenja ostvaruju se kod kofica čije je dno, odnosno zadnja strana, izvedeno od lima. Sa druge strane, kod kofica sa lancima, odnosno resetkom, javlja se negativan efekat propadanja izvesnog dela zahvacenog materijala tla kroz dno I zadnju stranu. On biva zahvaćen nailazećim koficama i ponovo se podiže. Dakle, propadanje dela zahvacenog materijala tla kroz dno i zadnju stranu kofice dovodi do gubitka dela energije koja se ulaze za njegovo podizanje. U konačnom bilansu, gubici izazvani ovom pojavom su niži od gubitaka izazvanih smanjenjem kapaciteta zbog nepotpunog praznjenja usled lepljenja materijala tla na dno i zadnju stranu izrađenu od lima. Da bi se poboljšali uslovi praznjenja, odnosno obezbedilo potpuno praznjenje, u izvesnim siucajevima, izraduju se kofice sa tzv. "padajućim dnom". Ono se prilikom ulaska kofice u zonu praznjenja obrce oko odgovarajućih iežišta I, pomerajući se ka osi obrtanja rotora, potiskuje materijal tla kroz prednji deo kofice. Veza prstenova rotora (3), slika 2.2, ostvarena je vezačima (2) kutijastog poprecnog preseka. Kofice (1), koje su odgovarajucim vijcima vezane za prstenove rotora (3), doprinose povećanju krutosti konstrukcije rotora. Na spoljasnjoj strani prstenova rotora (3) postavijen je segmentni zupčasti venae (4) sa unutrašnjim ozubljenjem, kojim se dovodi snaga rotoru. Zadnja strana (5) kofice izradena je od lima. Ukoliko je tlo koje se kopa lepljivo, onda se ona skida, tako da se dobija zadnja strana rešetkastog tipa. Šipke (6) koje formiraju rešetku postavljaju se u odgovarajuće otvore na vezaču prstenova rotora (2), a za dno kofice vezuju se zavarivanjem. Na prednjoj (reznoj) ivicl kofice nalaze se odgovarajuća ležišta (7) u koja se smeštaju zubi (8). Konstruktivno rešenje kofice čije je dno izradeno od Ianaca prikazano je na slid 2.3. Ugradnja zuba - proširivača (6) omogućava kopanje rova veće širine istom koficom. Prilikom projektovanja kofica, posebna pažnja mora da se posveti obiikovanju prednjeg dela I zuba. Rezna Ivica je obično lučnog profiia, slika 2.3(b), što doprinosi poboljšanju usiova punjenja i praznjenja kofice, uz isto vremeno postizanje veće stabilnosti rotora u zahvatu sa tlom. Oblik i dimenzije zuba, slika 2.4, moraju da budu odabrani tako da se: « obezbe de uslovi neophodnl za korektno odvijanje procesa rezanja tia, • zadovoije kriteri juml čvrst oće i krutosti i • omogući iaka montaža i demontaza. Jedna od osnovnih karakteristika radnog procesa ove klase mašina jeste vrio mala dubina rezanja, što je sa energetskog stanovišta nepovoljno, posebno kada se uzme u obzir negativan uticaj pohabanosti ill zatupljenosti zuba. Da bi se obezbedila veča dubina rezanja I time smanjiia specifična energija rezanja, zubi na jednoj kofici postavljaju se na mestima koja odgovaraju meduzubijima
Slika 2.4 [27] - Zub kofice
Sli ka 2.5 [27] - Raspored zuba na koficama kofica postavili na reznu ivi cu jedne kofice, onda bi se videlo da on! pokrivaju celu širimi rova.
(b)
•
Sli ka 2.3 [14] - Kofica sa lančanim dnom 1 zubima - proširivači ma; a - vezi vanje kofice za prsten rotora: b - rezni deo kofice 1 - zub; 2 - prednia frezna) ivica; 3 - prsien rotora: 4 - lanac; 5 - ležište (gnezdo) zuba; 6 - zub proširivač
prethodne kofice. Postupak odredivanja položaja zuba sprovodi se tako što se, najpre, kofice svrstaju u dve (najčešćej ill tri jednakobrojne grupe koje će imati isti raspored zuba, a potom se za gnipu kofica odredi raspored zuba, saglasno prethodno izrečenom stavu. Na slici 2.5 je prikazan raspored zuba na rotoru sa 14 kofica. Kac što se uočava, kofice su s vrstane u dve, sa gl edišta rasp oreda zuba, jednake grupe - po 7 kofica u svakoj. Ako bi se, usiovno, zubi jedne grupe
Izloženi postupak odredivanja poiožaja zuba omogućava: * da se zubima svake kofice ostvaruje dubina rezanja kojoj odgo vara najmanja specinčna energija rezanja u datim uslovima, • ravnomerno razrivanje tla po ceioj širini rova, • kopanje tla viši h kategoriia, odnosno zamrznutog tla, pri čemu se izbegava pojava brazdi i * dobro punjenje kofica pri kopanju tia niže kategorije. Da bi se povećala širina rova, na kofice se, u izvesnim slučajevima, postavljaju odgovarajući proširivači sa zubima, slika 2.6. S obzirom na činjenicu da su zubi i prednji deo kofice izioženi intenzivnom abrazivnom dejstvu materijala tla, pomenuti element! se izrađuju od specijalnih čelika sa povećanim sadržajem mangana, hroma i nikia. Rotor se osianja na dva para oslonih, slika 2.7, i dva para usmera vajucih točkova, slika 2.8 , po kojima se kotrlja unutrašnja cili ndrična po\TŠina zupčastog venca. Osloni točkovi se izvode sa jednim obodom, a usmeravajući sa jednim ill dva oboda.
пишгш
19
rovoKopaci
1080
Sli ka 2.6 [21] - Kofica sa proširi vačima 1 - proširivač; 2 - zub prošir ivača; 3 - prednja (rezna) ivica kofice; 4 - zadnja strana kofice
Skiop oslonih točkova, slika 2.7, postavlja se na gornji podužni nosač rama rotora. Točkovi (5) se naiaze na obrtnoj osovini (4). Relativno kretanje točkova (5) u odnosu na osovinu (4) s prečavaju vijci (6). Ovakvo rešenje veze točkova (5) i osovine (6) omogućava promenu međusobnog rastojanja točkova, odnosno ugradnju rotora različitih širina na isti ram, Uležištenje osovine (4) ostvareno je buričastim dvoredim iežajima (1) smeštenim u kućišta (2), koja su vijc ima vezana za gornjl podužni nosač rama rotora. Manžetni zapti vač (3) sprečava prodor vode i stranih čestica u kućište ležaja (2).
Siika 2.8 [21] - Sklop usmeravajućih točkova 1080
1 - usmeravajući točak; 2 - koničm iežaj: 3 - ploča; 4 - nosač; 5 - osovina; 6 - uzengija; 7 - navojno vreieno; 8, 9 - navrtka; 10 - donji podužni nosač rarna rotora
ostvareno je parom koničnih ležaja (2). Podešavanje radijalnog zazora između usmeravajućih točkova i kotrijajne staze rotora (unutrašnja cilindrična površina zupčastog venca) ostvaruje se navojnim vretenom (7) kojim se pozicionira nosač ( 4). Zahtevani poiožaj skiopa usmeravajućih točkova osigurava se navrtkama (8) i (9). Konstruktivno rešenje sklopa usmeravajućih točkova, očigiedno, ne dozvoljava podešavanje medusobnog rastojanja točkova. Zato se prilikom ugradnje rotora različitih širina istovremeno ugraauju i odgovarajući skiopovi usmeravajućih točkova. Osioni i usmeravajući točkovi primaju opterećenje rotora i prenose ga na ram. Opterećenje
u ravni obrtanja rotora, izazvano otporom kopanja,
primaju prvenstveno prednji točkovi. Tokom kopanja najmanje je opterećen zadnji
par
usmeravajućih
točkova,
zbog
čega
se
kod
manjih
jedinica
on
izbacuje, odnosno osianjanje i vodenje rotora se ostvaruje sa dva para gornjih i jedn im parom donjih točkova.
Opterećenja koja deluju upra\mo na ravan
obrtanja rotora primaju obodi točkova. Slika 2.7 [21] - Skiop oslonih točkova Kod širokih rotora kofice se postavljaju u dva reda, siika 2. 8, zbog čega 1 - buričasti dvoredi iežaj; 2 - kućište iežaja; 3 - manžetni zaptivač; 4 - osovina; 5 - osioni točak: 6 - viiak
se ugraduje i tree! - centralni prsten rotora (8). Zupčasti venci (5) postavljeni su na spoijašnjim prstenovima rotora (6). Da bi se smanjila neravnomernost opte-
Sklop usmeravajućih točkova, slika 2.8, postavlja se na donji podužni
rećenja rotora izazvanog otporom kopanja tla, redovi kofica su medusobno
nosač rama rotora. Osovina (5) je nepokretna i za podužni nosač rama rotora
pomereni za poiovinu rastojanja dveju susednih kofica istog reda (koraka
vezana je uzengijama (6) i piočom (3). Uiežištenje usmeravajućih točkova (1)
kofica). Raspored zuba na koficama prikazan je na slici 2.10.
Teio rotora za kopanje uskih rovova, slika 2.11, izvodi se kao zavarena iimena konstrukcija. Po njegovom obimu, ekscentrično u odnosu na ravan simetrije, naizmenično u levu i desnu stranu, postavljaju se ležišta zuba. Ona se izrađuju iivenjem, a za telo rotora vezuju se zavarivanjem. Dovod snage ostvaruje se zupčastim vencima koji su vijeima vezani za telo rotora, Uiežištenje rotora prikazano je na slici 2.12. Čišćenje rotora od materijala tla vrši se specijalnim čistačima. Presek A-A
Slika 2.9 [21] - Rotor sa dva reda kofica (dvoredi rotor)
Sli ka 2.11 [27] - Rotor za kopanje uskih rovova
1 - zub; 2 - zadnja strana kofice; 3 - kofica; 4 - šipka; 5 - zupčasu venae; 6 - spoljašnji prsten rotora; 7 - vezač prstenova rotora; 8 - centraini prsten rotora
2.2 Koiistraktivna resenja rama radnog uređaja
Ram radnog uredaja nosi: rotor, trakasti odlagač, prenosne mehanizme pogona rotora i odlagača (i odgovarajuce motore kod višemotornih mašina), čistač rova i, u izvesnim slučajevima, točak za osianjanje. Na njegovom prednjem delu nalazi se zatvarač koji sprecava nekontrolisano praznjenje kofica pri njihovom kretanju ka zoni praznjenja.
Slika 2.10 [21] - Raspored zuba na koficama dvoredog rotora
Ram radnog uređaja izvodi se kao prostorna zavarena konstrukcija. Mora da bude oblikovan i dimenzionisan take da se omoguči ugradnja svih elemenata koje nosi i ostvare krutost i čvrstoća koje obezbeđuju funkcionalnost i pouzdanost mašine. Profilisanje rova vrši se aktivnim ill pasivnim uredajem, što zavisi od karakteristika tla koje se kopa. Ram prikazan na slici 2.13 snabdeven je pasivnim. uredajem za profilis anje izvedeni m u obliku noža (4), koji je nosačima (1) i (3) vezan za osnovnu podstrukturu (2).
Presek M-M
Slika 2.12 [27] - Uiežištenje rotora za kopanje uskih rovova
Slik a 2.13 [17] - Ram radnog uredaja sa noževima za profilisanje rova 1,3 -
nosač noža; 2 - ram; 4 - nož za profilisanje rova
Slika 2.15 [19] - Ovešeni radni uredaj
1
Bez obzira na raznolikost konstruktivnih rešenja, uočavaju se dve osnovne koncepcije rama radnog uređaja. One se razlikuju po načinu oslanjanja njegovog zadnjeg dela. Naime, zadnji deo rama radnog uredaja može da se osianja na odgovarajući mehanizam sa točkovima (poiuprikolični radni uređaj), slika 2.14, ill da bude ovešen o vučni element mehanizma za dizanie rotora (ovešeni radni uredaj], slika 2.15. Prednost resenja oslanjanja rama radnog uredaja na mehanizam sa tockovima ogieda se u smanjenju opterećenja zadnjeg dela vučne rnasine, odnosno smanjenju pritiska gusenica na tlo. Nedostaci pomemitog resenja su: smanjena manevarska sposobnost mašine i u izvesnim slucajevima nemogućnost ulaska i izlaska rotora iz zahvata sa tiom u mestu - pri nepokretnoj vučnoj masini. Prednji deo rama radnog uredaja zglobno se vezuje za vučnu mašinu ill klizače mehanizma za dizanje koji se kreću u vodicama postavljenim na ram vučne masine.
2.3 Кош1г11кМтоЕ resenja mehanizama za dizanje i osianjanje rama radnog uredaja Pozicioniranje rotora (postavijanje na odredenu dubinu prilikom kopa nja i postavijanje v. transportni položaj) ostvaruje se mehanizmima za dizanje I
osianjanje rama radnog uredaja, Oni se u ve ćini siučaj eva izvode sa hidrostatickim pogonom. Pozicioniranje rotora poiuprikoiicnog radnog uredaja vrši se mehani zmima prikazanim na slici 2.16. Mehanizam za podizanje prednjeg dela rama radnog uredaja cine: hidrocilindar dvostranog dejstva (5), obujmica (3), zglo bno vezana za njegovu klipnjaču, pokretni lancanik (2), lančanici (6) i (11), uiežišteni na vratilu (12) tako da oko njega mogu slobodno da se obrću, cev (7), kruto vezana za lančamke (6) i (11), zupčanik ustavijaca (8) koji je kruto vezan za cev (7), skakavica (14) i ianci (16) I (17). Pomeranje klipnjače hidrocilindra
У
Ш 10
IV
11
4.0 IZBORI PRORAČUN OSNOVNIH KONSTRUKTIVNIH PARAMETARA RADNOG UREĐAJA I PARAMETARA REŽIMA RADA
Osnovni podaci od kojih se polazi pri projektovanju rovokopača su: * » zahtevani kapacitet, * karakteristi ke tla i • oblik i dimenzije rova.
Slika 3.27 [19] - Shema hidrostatičkog sistema prenosa snage rotornog rovo-
kopaea 3TP-134 1 - rezervoar; 2 - pumpa (promenliivog protoka) pogona kretanja; 3 - pumpa pogona ventilatora; 4 - filter; 5 - kaiorifer; 6 - razvodnik; 7 - blok-ventil; 8 - hidrocili ndri za pozicioniranje radnog uredaja; 9 - hidromotor pogona kretanja; 10 - hidromotori pogona ventilatora; It - hidromotor pogona rotora; 22 - razvodnik; 13 - ventii; 14 - napojna" pumpa pogona rotora; 15 - filter; 16- nepovratni ventii; 17- pumpa pogona rotora
Na osnovu njih se, u prvom približenju, odreduju vrednosti svih relevantnih konstruktivnih i radnih parametara, koji se koriste prilikom usvajanja pojedinih komponenti i prethodnih proračuna podsistema rovokopača. Orijentacione brojne vrednosti osnovnih parametara radnog uredaja odreduju se na osnovu preporuka ili empirijskih formula dobijenih statističkom obradom odgovarajućih veličina kod izvedenih mašina iste klase. Nakon usvajanja pogonskog agregata, komponenti sistema prenosa snage, geometrije radnog uredaja i noseće konstrukcije, završnim proračunom se odreduju konačne vrednosti konstruktivnih i radnih parametara mašme. Time se dokazuje da projektovana i konstruisana mašina ispunjava eksploatacione zahteve definisane projektnim zadatkom. Osim toga, zavrsnim proracunom se verifikuju svi mehanizmi i noseća konstrukcija mašine, odnosno dokazuje njen vek i pouzdanost. 4.1 Prečnik rotora Precnik rotora, meren po reznim ivicama zuba, slika 4.1, izracunava se na osnovu najveće zahtevane dubine rova (E Tjmax ), DT
=(l 9 75..J f 85)H r>max
Dr = (1,74...1,81) H rfmax
[18],
ili
[171
Slik a 3.28 [27] - Dizel-električni rotorni rovokopae 3P- 5 1 - dizei-motor; 2 - generator; 3 - elektromotor pogona kretanja vučne mašine; 4 ~ elektromotor pogona rotora; 5 - elektromotor pogona trakastog odiagača: 6 - elektromotor za pogon pumpe mehanizma za pozicioniranje r ama radnog uredaja
т može da varira u granicama U izvesnim siučajevima, odnos D /H r
1,53... 1,94, pri če mu se manje vrednost i usvajaju kod mašina namenj enih za
H ,max r
=(0,5.-.0,6)D r
.
Ugao kopanja, slika 4.1, zavisi od odnosa dubine rova I prečnika rotora. Odreduje se na osnovu izraza ( y/ k -arccos\
1
2R„
4.2 Učestanost obrtanja rotora Učestanost obrtanja rotora mora da bude usvojena tako da se ostvari: « gravit aciono praznienje kofica, • pad komada materij ala tla koji napušta koficu na trakasti odlagač i • potpuno praznienje kofica tokom prolaska kroz zonu praznje nja.
Slika 4.1 - Shema za odredivanje osnovnih dimenzija rotora i kofica Dr - prečnik rotora meren poreznim ivicama zuba;
- prečnik rotora meren po prednjim ivicama
kofica; К г>тах - najveća dubina rova; t k - iučni korak kofica; % - ugaoni korak kofica; y/ k - ugao aQ - ugao koji grudna površina zuba kopanja; h-K - visina kofice: /j, - dužina kofice; l z - dužina zuba; gradi sa tangentom kružnice prečnika D ; - unutrašnji prečnik rotora (prečnik kotrijajne staze r D0 točkova za osianjanje i vodjenje rotora)
Prečnici rotora mereni po režućim ivicama zuba i prednjim ivicama kofica, slika 4.1, povezani su relacijom Dr
- Dk
+2! z sma0 ,
u kpjoj je L dužina zuba (15d...200mm}, a a0 ugao koji grudna površina zuba
Slika 4.2 - Proracunski. model za odredivanje kritične ugaone brzine rotora ar - normainoubrzanje; g -gravitaciono ubrzanje; m- masa komada; Rr - poluprečnik rotora meren po reznimi vicama zuba: ai ugaona brzina rotora; G - težina komada; F c - centrifugaina siia r -
Uočimo komad materijala tla u kofici koja se nalazi u zoni praznjenja, u poiožaju prikazanom na slici 4.2. Uslov gravitacionog praznjenja kofice glasi
gradi sa tangentom kružnice prečnika Dr (a0 &45°) . Unutrašnji prečnik rotora D0 , slika 4.1, odreduje se iz usiova smeštaja trakastog transportera - odlagača. Kod izvedenih rovokopača odnos D0 / B r nalazi se u granicama Q,65...Q f 75. Najveća dubina kanala ill rova koji može da se kopa radnim uredajem čiji je rotor prečnika Dr , kreće se u granicama
F c
(4.1)
odnosno, mP^coi
.
(4.2)
Iz jednakosti (4.2) odreduje se intenzitet ugaone brzine rotora pri kome se u posmatranom položaju komada ostvaruje uslov (4.1),
58
Izbor i proračun
osnovnih konstruktivnih parametara radnog uredaja
Rotorni
rovokopači
59
I
(4.3)
Ugaona brzina čiji je intenzitet odreden izrazom (4.3) naziva se kritičnom ugaonom brzinom rotora. Da bi se ostvariio gravitaciono praznienje kofice, ugaona brzina rotora mora da bude manja od kritične. S obzirom na činjenicu da je model na osnovu koga je odredena kritična ugaona rotora eiementaran, odnosno ne obuhvata sve reievantne uticaje, preporucuje se [18, 24] da se ugaona brzina rotora usvoji u granicama (4.4)
u> Fl =(0,4...0,7 )G) rfkr.
Manji intenziteti ugaone brzine rotora usvajaju se pri kopanju vezanog, izrazito nehomogenog tia, a veće pri kopanju siabo vezanog, homogenog tia, Ukoliko je intenzitet ugaone brzine rotora veci od preporučenih vrednosti, može da dode do smanjenja kapaciteta rovokopača zbog: • «
nepotpunog praznjenj a kofica, što je posle dica pojačano g efekta lepljenja materijala tia na zidove kofice, ill neregular nog praznjenj a kofica, odnosno pojave odbaci vanja pojedinih komada u rov.
Nakon napuštanja kofice, slika 4.3, uočeni komad materijala tla kreće se pod dejstvom sopstvene težine i otpora vazduha, koji u razmatranom slučaju može da se zanemari. Pretpostavlja se, dalje, da oblik I dimenzije posmatranog komada ne utiču na karakter njegovog kretanja, odnosno da je komad materijalna tačka. Projektovanjem jednačine njegovog kretanja, ma~mg,
na ose usvojenog sistema referencije, parametarskih jednačina putanje
nakon
integraljenja
dolazi
se
do
x(t = G) = @ f
x(t~0)~ -vr cos y/ z ,
glase: 1
2
I .
+vtsmy/
\
j
ОЈ - ugaona Г
brzina rotora;
Eliminacijom parametra t iz izraza (4.5) dobija se jednačina putanje ko mada nakon napuštanja kofice, 2 x
г• Ђ ^~~2 x ~ %¥ z 2vr cos y/
4 6
( - )
Izložena analiza kretanja komada nakon napuštanja kofice izvedena je pod pretpostavkom da pražnjenje počinje kada se kofica nađe u položaju odredenom uglom w z , koji, u stvari, odreduje položaj zatvarača kofica. U fazi
Da bi se ostvario zahtevani kapacitet bagera, parametri radnog uredaja inoraiu da budu odabrani tako da i komadi sa najvećim dometom padnu na traku odiagača. To znači da bi posmatrani komad, čija je putanja definisana jednačinom (4.6), u graničnom slučaju trebalo da padne u tačku A sa koordinatama x A-a, y A = -b , slika 4.3. Uvođenjem ovog usiova u jednačinu (4.6), nakon elementarnih transformacija, dolazi se do izraza
(t = 0) = vP sinyr y z ,
x = -vr tcosy z ,
- visina kofice;
џ" г - ugao koji odreduje poiožaj zatvarača; m - masa komada; vr - brzina komada u trenutku napuštanja kofice; g - gravitaciono ubrzanje; a.b - rastojanja koja odreduju položai tačke A; h - rastojanje koje odreduje poiožaj odiagača u odnosu na rotor
projektovanja radnog uredaja ova pretpostavka je prihvatljiva. Pri torn se, na « 150° . osnovu iskustva, usvaja y/ z
koje za početne uslove
y(t = G) = 0,
/ - dužina zone praznjenja; bt - širina trakeodiagača;
У=
y = ~g t 2 +C 3 t+C 4 ,
x = Cjt+C 2 ,
Slika 4.3 - Shema praznjenja kofice
.^ 4.5)
60
Izhor 2 proračun
osnovnih konstruktivnih parametara radnog uredaja
Rotorni
koji odreduje največi intenzitet brzine komada u trenutku napušianja kofice. Pretpostavljajuci da je pomenuta brzina jednaka obimnoj brzini rotora, lako se odreduje intenzitet ugaone brzine rotora pri kojoj i komadi sa najvećim dometom padaju na traku odiagaca,
Rr y 2(b cos w z - a sin y/ ) cos y/ z z
(4.8)
Da bi se ostvarilo potpuno praznienje kofice u zoni praznjenja, slika 4.3, v reme njenog prolaska kroz pomenutu zonuf lj jm or a da bude duže, odnosno, u graničnom slučaju jednako vre menu praznjenja materijala tla ft ?) ; dakle, mora da bude ispunjen uslov
h
=±~=J—>t 2 , v r Rr cor
rovokopači
61
Da bi se radni režim bagera što boije prilagodio trenutnim uslovima kopanja, pogon rotora se kod savremenih mašina izvodi tako da omogućava promenu učesianosti obrtanja rotora. Broj različitih učestanosti obrtanja rotora kreće se u granicama 2...4. Niže učestanosti se koriste pri kopanju viših kategoriia tla, odnosno, izrazito nehomogenog ili lepijivog tia. 4.3 Broj praznjenja I zapremina kofica Poiazeci od činjenice da je kapacitet rovokopaca proporcionalan proizvodu broja praznjenja (n p )i zapremine kofice (q), zakijucuje se da; teorijski, postoji beskonačan broj kombinacija broja praznjenja I zapremine kofice koje daju zantevani kapacitet. Međutim, znatan broj ograničavajućih faktora vezanih za funkcionainost radnog uredaja i racionalnost konstrukcije, u znatnoj merl sužavaju dijapazon mogucib resenja. Na osnovu analize ponašanja veiikog broja rovokopaca u eksploatacionim uslovima, uspostavijena je zavisnost broja praznjenja i teorijskog kapaciteta od kategorije tia i zapremine kofice, slika 4.4.
iz koga sledi .
a> r3 <-J—.
(4.9)
U prethodnim proračunima se usvaja da je lučna dužina zone praz njenja / « 2bt , slika 4.3, pri čemu je bt širina trake odiagaca [18]. Vreme praznjenja materijala tla iz kofice maze orijentaciono da se odredi na osnovu empirijske relacije t 2 *G,7^[k
[s],
k = hki
u kojoj se visina k Izražava u [m] . Prema iziozenom, ukoli ko ugaona brzi na rotora zadovoljava reiaciju (4.9), pražnjenje kofica će se u potpunosti obaviti u zoni praznjenja. u
U fazi projektovanja radnog uredaja, neophodno je, najpre, odrediti intenzitete ugaonih brzina rotora saglasno Izrazima (4.4), (4.8) I (4.9). Potom se, kao merodav na za nastavalc proračuna parametara mašine, usvaja ugaona brzina najmanjeg intenziteta,
40
80
120
160 Q [1]
Slika 4.4 [24] - Dijagram zavisnosti broja praznjenja (n p ) i teorijskog kapa citeta rovokopaca (O0 ) od karakteristika tla i zapremine ko fice (q)
mr
=inf{a)r]f mr2 ,wr3
}. 1 - nevezano tic; 2 - siabo vezano tie; 3 - srednje vezano tlo; 4 - vezano i iepljivo tlo; 5 - vrio ieplii vo tlo
Njoj odgovara učestanost obrtanja rotora
U fazi projektovanja radnog uredaja, najpre se, zavisnc od karakteri L
f
]
62
Izbor i proračun
Rotorni
osnovnih konstruktivnih parametara radnog uredaja
rovokopači
63
60n pk p
u kome je
3 QJm jh] tehnički kapacitet bagera izrazen zapreminom tia u
samonikiom (raslom) stanju, n p [min~J J broj praznjenja kofica, k p koeficijent punjenja kofica i k r koeficijent privremene rastresenosti tla, tabeia 6.1. Na osnovu izračunate potrebne zapremine, zapremina kofice, saglasno odgovarajućim standardima.
usvaja
se
konačna
Kada je poznat ukupan broj kofica na rotoru (nk ) i učestanost obrtanja rotora (n ) r , broj praznjenja kofica odreduje se na osnovu izraza n p=nk nr
[mm1 ].
Broj praznjenja kofica kod ove klase mašina dostiže 1801mm' 1 J . Siika 4.5 - Rotor sa dva reda kofica (dvoredi rotor) 4.4 Broj kofica na rotoru Ukupan broj kofica smeštenih na rotoru ograničen je, pre svega, uslovima njihovog praznjenja. Izračunava se prema izrazu
% - ugaoni korak kofica jednog reda; 6 ' k - ugaoni korak kofica koje pripadaju različitim redovima
Nakon usvajanja prečnika rotora (D ) r
i ukupnog broja kofica (nk ),
slika 4.1, odreduje se iucni,
u kome je n p fmin 1 j broj praznjenja kofica, a nr fmin ; /učestanost obrtanja
i ugaoni korak kofica,
rotora. Izračunati broj kofica zaokružuje se tako da bude komensurabilan sa broj em grupa kofica, odr edenih pre ma rasporedu zuba. Kod mašina malog i srednjeg kapaciteta ukupan broj kofica na rotoru krece se u granicama 6..Љ, a kod mašina velikog kapaciteta u granicama 12...14 [4]. Prema [17], kod bagera ruske proizvodnje broj kofica se kreće u granicama 1Q...18. Na rotoru rovokopaca namenjenih za kopanje vrlo sirokih rovova, kofice se postavljaju u dva reda, medusobno pomerena (smaknuta) za polovinu koraka kofica jednog reda, slika 4.5. Ukupan broj kofica na rotoru dominantno utiče na srednji nivo i dinamičnost opterećenja izazvanog otporom kopanju. Ukoliko je ukupan broj kofica na rotoru manji, onda je, pri svim ostalim uslovima istim, nivo srednjeg opterećenja niži, a dinamičnost opterećenja veća, u odnosu na rotor sa većim
4.5 Osnovne dimenzije kofica Da bi se izbegao kontakt zupčastog venca pogona rotora i bočni n površi na rova, širina kofce mora da bude manja od širine rova (B Prema ). r [18], usvaja se da je unutrašnja širina kofice bk
*0,9B r .
Visina kofice, siika 4.1, takode se usvaja u zavisnosti od širine rova [18],
62
Izbor i proračun
Rotorni
osnovnih konstruktivnih parametara radnog uredaja
rovokopaci
[m J 60n pk p
u kome je
3
Q [m jhj t
tehmčki kapacitet bagera izrazen zapreminom tla u
samoniklom frasiom) stanju, n p fmin~J ] broj praznjenja kofica, k p koeficijent punjenja kofica i k r koeficijent privremene rastresenosti tla, tabeia 6.1. Na osnovu izračunate potrebne zapremine, zapremina kofice, saglasno odgovarajućim standardima.
usvaja
se
konačna
Kada je poznat ukupan broj kofica na rotoru (nk ) i učestanost obrtanja rotora (nr } , broj praznjenja kofica odreduje se na osnovu izraza n
n
n
= k r
P
1
fmin ].
Broj praznjenja kofica kod ove klase mašina dostiže 180 fmin 1 J . Slika 4.5 - Rotor sa dva reda kofica (dvoredi rotor) 4.4 Broj kofica na rotoru
% - ugaoni korak kofica jednog reda; 0' K - ugaoni korak kofica koje pripadaju razlicitim redovima
Ukupan broj kofica smeštenih na rotoru ograničen je, pre svega, uslovima njihovog praznjenja. Izracunava se prema izrazu
Nakon usvajanja prečnika rotora
(D ) r
i ukupnog broja kofica (n ), k
slika 4.1, odreduje se iucni, 7tDr h=—->
u kome je n p [mm
] broj
praznjenja kofica, a nr fmin
J učestanost
obrtanja
i ugaoni korak kofica, 2ж
rotora. Izracunati broj kofica zaokružuje se tako da bude komensurabilan sa brojem grupa kofica, odredenih prema rasporedu zuba. Kod mašina malog i srednjeg kapaciteta ukupan broj kofica na rotoru krece se u granicama 6...S, a kod mašina veiikog kapaciteta u granicama 12...24 [4]. Prema [17], kod bagera ruske proizvodnje broj kofica se krece u granicama 1G...1*. Na rotoru rovokopaca namenjenih za kopanje vrlo sirokih rovova, kofice se postavljaju u dva reda, međusobno pomerena (smaknuta) za polovinu koraka kofica jednog reda, slika 4.5. Ukupan broj kofica na rotoru dominantno utiče na srednji nivo i dinamičnost opterećenja izazvanog otporom kopanju. Ukoliko je ukupan broj kofica na rotoru manji, onda je, pri svim ostalim uslovima istim., nivo srednjeg opterećenja niži. a dinamičnost opterećenja veća, u odnosu na rotor sa većim
4.5 Osnovne dimenzije kofica
Da bi se izbegao kontakt zupčastog venca pogona rotora i bočnih površina rova, širina kofce mora da bude manja od širine rova (B ). Prema r [18], usvaja se da je unutrašnja širina kofice bk *0,9B F .
Visina kofice, slika 4.1, takode se usvaja u zavisnosti od sirine rova [18],
120
Pražnjenie
kofica
rotora
Rotorni
rovokopači
121
6.0 PRORAČUN SNAGE POGONA ROTORA
Snagom koja se dovede rotoru saviaduju se: • otpori kopanja, * otpori koji se javljaju pri ubrzavanju odrezanog materijala tia nakon njegovog ulaska u koficu, • otpori podizanja materijala tla zahvacenog koficama, «• otpori trenja zahvacenog materijala o zatvarač i * otpori koji se javlj aju u ureaa ju za osianj anje i vodenje rotora.
6.1 S naga kopanj a Na svaku koficu u zahvatu sa tiom deluje otpor kopanja koji se u ovom slučaju razlažena tangentnu i normalnu komponentu, slika 6.1. Tangentna komponenta deluje po pravcu tangente, a normaina komponenta po. pravcu normale trajektorije rezanja u posmatranoj tački. Tangentna "komponenta uvek deluje u smeru supromom od smera brzine rezanja. Normaina komponenta može da bude usmerena ka osi obrtanja rotora, što je naj češći sl učaj, ili od nje. Smer normalne komponente zavisi, pre svega, od karakteristika tla, konstrukcije i stepena pohabanosti reznih ivica i parametara režima rada. Prema Dombrovskom, intenzitet tangentne komponente otpor a kopa nja koji deluje na koficu čiji je položaj određen ugiom (p } , odreduje se na osnovu izraza Rti = k ,S ;B r ,
(6.1)
u kome je k } specifični otpor kopanja, tabeia 6.1, S; dubina rezanja, a B r širina rova. Ukoliko je dubina rezanja mania od 2,4 cm, onda se vrši korekcija vrednosti specincnog otpora kopanja prema izrazu [A7
k) -/ ; ? + J — , V
S
I
u kome je A koeficijent korekcije specifičnog otpora kopanja, tabeia 6.1.
(6.2)
122
Proračun
snage pogona rotora
Rotorni
Tabeia 6.1 [17] - Karakteristike tla «
c
05
3
C 1
0 Г"
1
KategoriJG - naziv i osobine tla
£ 1
1 £
05
"Д
t i a, t
.fc 8 ^ 1
123
(6.4)
a
B
« b
\ I - pesak, peskovita glina, meka peskovita iiovača, srednje čvrstoće i viažnosti, rastresena, bez ukliucaka II - peskovita ilovača bez uključaka, sitan šljunak i sljunak srednje veličine, meka vlažna ili razrivena glina i III - čvrsta peskovita ilovača, glina srednje čvrstoće, vlažna ili razrivena j IV - čvrsta peskovita ilovača sa šljunkom ili tucanikom, čvrsta i veoma čvrsta vlažna glina, škriljci, konglomerati j V - škriljci, kongiomerati, tvrda glina i les, vrlo čvrs ta kreda, gips, peščanik, meki krecnjak, zamrznuto tlo VI - jezerski krečnjak i kongio merati, čvrsti škriljci, krečnjak, peščanik srednje čvrstoće, kreda, gips, vrlo čvrsti laporac j VI - krecnjak. zamrznuto tlo sre dnje čvrstoće
rovokopači
Rti = E r (kjlsinq): +
t!
05
e j n j i c a p k o ] e k r 3 o m c k a / r 2 o N p t t o n e o d j [ i c g i f o e n j o č i A K f i
pri čemu drug! sabirak izraza u zagradi egzistira samo pri dubinama rezanja manjim od 2,4 cm.
c e p s
1200...1500 1,08. ..1,17
0,7...2,3
1,1
1400...1900 1,14...1,28
2,1...4,0
2,8
1600...2000 1,24...1,30
3,8...6,6
3,6
1900...2200 1,26...1,37
6,5...8,0
4,5
2200...2500 1,30...1,42
7,0...12,0
6,0
2200...2600 1,40...1,45 10,0...22,0
8,0
2300...2600 1,40...1,45 20,0...60,0
10,0
Slika 6.1 - Komponente otpora kopanja tla
y - ugao koji brzina rezanja gradi sa apscisom; £ - ugao izmedu apsolutne i rel ativne brzine
Ako je odnos intenziteta relativne i prenosne brzine (C = vr / vvm ) referentne tačke kofice dovoljno veliki da može da se zanemari uticaj odstupanja pravca apsolutne u odnosu na pravac relativne brzine posmatrane tačke, onda je, sa tačnošću dovoljnom za inženjerske proračune, st = / sin <рГ .
&TI > &NI - tangentna i normaina komponenta otpora kopanja koji deluje na i-tu koficu;
n - tangenta i normala trajektorije rezanja; x, y - ose nepokretnog sistema referencije;
(6.3]
referentne tačke kofice; М/ - referentna tačka i - te kofice
Eksperimentalnim istraživanjima utvrdeno je [17] da se stvarni karakter zavisnosti intenziteta tangentne komponente otpora kopanja od položaja kofice u odnosu na masiv, razlikuje od teorijskog definisanog jednačinom (6.4), slika 6.2. Naime, za 0 < q> f < } kriva dobijena eksperimentom dostiže maksimum pri (рГ - лу/ к , a potom opada do nule pri q> t = y/ k . Ovakav tok promene intenziteta tangentne komponente otpora kopanja objašnjava se činj enic om da se u zoni izlaska kofice iz zahvata
menja mehanizam razaranja tla, pri čemu, umesto smicanja, dominantno
224
Proračun
Rotorni
snage pogona rotora
rovokouačl
javljaju na svi m koficama u zahvatu sa tlom - tzv. momenta kopanja, odreduje na osnovu izraza п м
М К =
£ ш - 1 а д
1=1
/= ;
= ^ z ^ / .
№
/=/
Intenzitet tangentne komponente otpora kopanja koji deluje na koficu u zoni uiaska u zahvat je, i pored korekcije vrednosti specifičnog otpora
kopanja, relativno mall, zbog veoma male dubine rezanja. Zato se u anaiizl koja sledl pretpostavlja da je brojna vrednost specifičnog otpora kopanja ista za sve kofice koje se naiaze u zahvatu sa tlom. Tada izraz (6.6), imajući u vidu relacije (6.1), (6.3) i (4.10), dobija formu Slika 6.2 [17] - Teorijska (I) i eksperimentalna (2) kriva zavisnosti intenzi
teta tangentne komponente otpora kopanja od poiožajnog ugia kofice
M K
к Ш
M K
FTIFC
[
M k = Rr t , i i r = 1 Лг Y sm
/=;
i=i y
m k
= k 1B r R r l Zsin[(p-(n 6k
- položajni ugao kofice pri kome doiazi do razdvajanja teorijske i eksperimentaine krive;
k (
... (6.7)
i=7
Xy/ k - poiožajni ugao kofice pri kome eksperimentalna kriva dostiže maksimum
S obzirom na činjenicu da je broj kofica u zahvatu sa tlom promenljiv,
energije razaranja u odnosu na proces smicanja. Eksperimentalna kriva zavisnosti intenziteta tangentne komponente otpora kopanja od položaja kofice u odnosu na masiv, može da se aproksimira dvema sinusoidama [17],
tacka 4.6, zaključuje se da je funkcija M k (cp) periodična, sa periodom koji je jednak ugaonom koraku kofica (вк.) , slika 6.3.
M k
Rt (
za 0<
, n R t (&i)
=
K t .max
№
t -ф: ) Ж(W 1 Z a * AW 2(1 A )W k
(6.5) k
<(f> t
—
•2' Intenzitet normaine komponente otpora kopanja
izračunava se na
osnovu obrasca R . k r p. **m ' *n ^d '
0
I
•Ф
—
pri čemu brojna vrednost koeficijenta k n zavisi od karakteristika tla (čvrstoće i homogenosti), stanja reznih ivica (zatupljenosti i pohabanosti) i veličine lednog ugia. Prema [18] , k n = OJ ... G ,5, a u izvesnim siučajevima k n = 0,4 ... 1Д
Ako se zanemari uticaj odstupanja pravca apsolutne brzine referentne
tačke kofice u odnosu na njenu reiativnu brzinu, slika 6.1, što je u većini siučajeva dovoijno tačno sa inženjerskog stanovišta, onda se intenzitet
Slika 6.3 - Dijagram zavisnosti momenta kopanja od ugia obrtanja rotora
M k - moment kopanja; q> - ugao obrtanja rotora; 6 k - ugaoni korak kofica; M k m a x - maksimaini moment kopanja; M k ,mi K - minimalni moment kopanja; AM k - moment izazvan otporom kopanja
koji deluje na koficu neposredno pre njenog izlaska iz zone kopanja U tačkama
iz zahvata, posmatrana funkcija ima prekid prve vrste, pri čemu vrednost
funkcije opada za veli čmu momenta izazvanog otporom kopanja koji deluje na
126
Proračun
snage pogona
AM,
- K J B r R r l sin y/ k
Najveća vrednost funkcije zahvatu sa tiom najveći
гогога
ostvaruje M k (
mk =mkmax ,
neposredno
rovokoDoči
Rotorni
.
se kada je broj kofica u
pred iziazak mk - te kofice
iz zahvata. Tada je <ртктдх = Wk i max -i)6 k , odnosno.. imajućl u vidu izraz (6.7j, м
=kjB r R r l{sin[y/ k
к ,тах
-(m ktinax
-1)вk
}
+sinlwk
-(m k>max
-2)в к ] +
+... + sin(wk -вк ) + sin wk } .
... (6.8) (a)
Najmanja vrednost funkcije M k ( Ф ) je, očigiedno,
Sl ik a 6.5 - Odlamanje tla u zoni izlaska kofice iz zahvata fa) funkcija
M
k,min
м
= к,тах
Ш
~
к
k j B r Rrl {sin[w k
=
(b)
zavisnosti
momenta
kopanja
od
ugia
i aproksimativna obrtanja
rotora
prilikom pojave odiamanja tla u zoni izlaska kofice iz zahvata (b)
~(mkm(LX -l )6 k ]-
+ sinf wk - (mkmax - 2)6 k j +... + sin( wk - 6 k )}
...(6.9)
- moment kopanja; 6 k \f/ k - ugao kopanja; fio - ugao odiamanja tla;
U prvom približenju kriva
(
može da se aproksimira funkcijom
testerastog oblika, slika 6.4.
pri pojavi odiamanja tla u zoni izlaska kofice iz zahvata sa tlom; М к>тах - maksimalni moment kopanja kada nema pojave odiamanja tla u zoni izlaska kofice iz zahvata Neravnomemost momenta kopanja, izražava se koeficij entom neravnomernosti [18] M
k.max n =— ' M k,min
K
ill koeficijentom dinamičnosti [16] M
K d
Slika
6.4
-
Aproksimativna
funkcija
zavisnosti
momenta
kopanja
od
ugia
obrtanja rotora
k,max - • M kjSr
2M
=
k,max
.
M kmax +M kmin
Važno je uočiti da povećanje srednjeg broja kofica u zahvatu sa tiom dovodi do porasta nivoa opterećenja rotora, uz istovremeno smanjivanje koefi
cijenta neravnomernosti, odnosno, koeficijenta dinamičnosti.
k
(snaga) kopanja; M k > m m (Pfctnin) - minimaini moment (snaga) kopanja; AM k (ЛР^ - pad momenta (snage) kopanja nakon izlaska kofice iz zone kopanja; вк - ugaoni korak kofica
Ukoliko u zoni izlaska kofica iz zahvata sa tlom dolazi do pojave odiamanja tla, slika 6.5(a), onda će najveće vrednosti funkcije M k ( = wk +(n6 , f - mk
m in
)6 k - p0 .
Snaga kopanja odreduje se na osnovu izraza P k
=M wr , k
iz čije strukture je očigledno da se pri konstantnoj ugaonoj brzini rotora, snaga kopanja menja na isti načm kao i moment kopanja, slika 6.4. S oDzirom na
Veii čina ugia odiamanja, slika 6.5, prvens tveno zavisi od sastava i osobina tla,
karakter te promene, namece se problem usvajanja vrednosti snage merodavne
oblika čeone I bočnih ivica kofice, broja i razmeštaja zuba, dimenzija odreska i
za definisanje parametar a pogona rotora, Ako bi se kac merouavna usvojil a
Proračun snags nosona rotora
Rotorni
rovokopači
rezuitiraic poddimenzionisanim pogonom rotora. Zato se kao merodavna usvaja srednja integraina vrednost snage kopanja. S obzirom na periodični 'karakter funkciie P k (q>); slika 6.4, niena srednja integraina vrednost odreduje se na osnovu izraza ~гГ~
h =
1
odnosno,
r <-
n
^k.max
P K
t
J P* (€)= —
&k 0
2
+
~
M k m a x
n
^k ,mm
+M k n ^ n
= Pk =
-
fSr
o>
2
= M w ,
r
kySr
r
Ako se ne raspolaže eksperimentalnim podatkom za maksimalni intenzitet tangentne komponente otpora kopanja, onda se on izračunava na osnovu izraza (6.4), za 2,4 cm. IT toku jednog obrtaja rotora, koji pri konstantnoj učestanosti njegovog
imajući u vidu jednakosti (6.8) i (6.9),
obrtanja traje z = 60/nF is] , nr fmin ~ ] j , sv aka kofica izvrši rad kopanja defiP k
=k I B r Rr la)r {
+ sin[w k
-(т ктах
sin[wk
-(m kmax
-1)вк }
nisan relacijom (6.10). Tada je srednja integraina vrednost snage kopanja
+
-2)0 k / + ... + sin(wk
-6 k }+0 r 5siny/ k
}.
k
U literaturi [17], snaga merodavna za definisanje parametara pogona rotora odreduje se na osnovu rada kopanja koji se ostvari uočenom koficom u
toku jednog obrtaja rotora. Pri tome se koristi eksperimentaino odredena zavisnost intenziteta tangentne komponente otpora kopanja od trenutnog položaja kofice, slika 6.2, izrazi (6.5). Istovremeno se, kao i u prethodnom slučaju, zanemaruje uticaj odstupanja pravca apsolutne brzine referentne tačke kofice u odnosu na njenu reiativnu brzinu. Na osnovu izloženog, zakijučuje se da je rad kopanja uočenom koficom, u toku jednog obrtaja rotora, odreden izrazom
A
—
_*k k
"
r
_
"
n A
K
R
k k r
D n
n
__ t.max r k rWk
60
60 tt
Snagu merodavnu za definisanje parametara pogona rotora Garbuzov sa saradnicima [18] naziva snagom kopanja i daje sledeci obrazac za njeno izracunavanje Pi =
Mi
[kW] .
100006
pri čemu je Qt [ m3 Ai j tehnički kapacitet rovokopaca, a kj [ daN/m2 j specifični otpor kopanja, tabeia 6.2.
^
0
+
J
x
¥k
w
Tabei a 6.2 [18] - Brojne vrednosti specifičnog otpora kopanja za približno odredivanje snage kopanja
k
1
R
t,max sin (l-A)y/
= Rt>max ^-r -(J I+ J 2 ),
——(w k -g>i)dq>i I
2
k
i 1 ~ZT~ i k¥
sin——
k
7
=
j 0
n ( K sm-^—tp.d8 —— 2Xwk {2Xwk
\
)
2Xw =- k ж
7Г
2(1-X)wk 7 *
j
Kategorija I
II
10000
20000
sm
хшк
III 30000
Smrznuto tlo svih IV 40000
karegorija 200000 ... 2000000
Prilikom izrade prof ills anog rova, slika 6.6, dolazi do obrusavanja materijala tia na dno rova. Deo snage koja se dovede rotoru angažuje se za zahvatanje pomenutog materijala tla. Izračunava se na osnovu izraza P k
.
i
tla
L w J
2Xw Č
j
otpor
kopanja KJ \daN~\
koji, s obziro m na to da je
i=
Specifični
TV
_
,
(w k ~(Pi)d\
2(1-X)yk
J
71
(w k -cpi)
\2(l-X)wk
2(1-X)wk
=
Abpvvmk r kj,
u kome je Аџ ukupna površina poprečnih preseka bočnih proširenja rova, vvm brzina vučne mašine, k r koeficijent privremene rastresenosti tla (tabeia 6.1) i k] specifični otpor zahvatanja obrušenog materijala tla. S obzirom na to da je
130
Proračurt
snage pogona
roiorc
Rotorni
rovokovQCi
131
otpora kopanja k } date kategorije tla u samonikiom stanju. Prema [17], obično se usvaja da je brojna vrednost k] jednaka brojnoi vrednosti к1 za prvu nižu kategoriju tla. Konačno, deo snage koji se angažuje tokom perioda ubrzavanja zahvaćenog materijala tla definisan je relacijom 6.2 Snaga ubrzavanja zahvaćenog materijal a tia Nakon odvajanja od masiva, materijal tla ulazi u koficu i gotovo treimtno dostiže odgovarajuću brzinu. Snaga koja se pri tome angažuje - tvz. snaga ubrzavanja zahvaćenog materijala tla - može da se odredl polazeći od raziike kinetičkih energija uočenog komada na kraiu i na početkn perioda ubrzavania. U trenutku odvajanja od masiva komad miruje, pa je, prema tome, njegova kinetička energiia na početku perioda ubrzavanja jednaka null. Zato je promena kinetičke energije uočenog komada u periodu ubrzavanja, odnosno rad koji je potrebno uiožiti da bi se ona ostvariia, jednaka njegovoj kinetičkoj energiji na kraiu posmatranog perioda, Konačno, da bi se odrediia snaga potrebna za ubrzavanje komada nakon odvajanja od masiva, neophodno je znati vreme za koje se obavi posmatrani proces. Ovako formuiisan problem određivanja snage je praktično nerešiv. Naime, nije moguće apriomo odrediti masu komada, njegov položaj, koji. n stvari, odreduje njegovu brzinu, niti vreme trajanja procesa njegovog ubrzavanja. Zato se postavljeni problem, sa tačnošću dovoijnom za inženjerske proračune, rešava tako što se: • umesto mase pojedinačnog komada posmatra masa materijal a tla koji se iskopa u jedinici vremena, • uvodi pretpostavka da je položaj središta masa materijal a tla isti u svim koficama i, pri tome, nepromenljiv u odnosu na osu obrtanja rotora i • usvaja da je apsolutna brzina središta masa zahvaćenog mate rijala jednaka njegovoj relativnoj brzinL
P uz
- jui'v^
=tp z B r H r vvm(Dr
2
2
+D ) w r 0
=tp z Qt (Dr
2
2
+D ) w r . 0
Kod bagera sa gravitacionim pražnjenjem kofica, snaga koja je neophodna da bi se ostvarilo ubrzavanje materijala tla nakon odvajanja od masiva, je relativno mala u odnosu na snagu kopanja.
6.3 Snaga dizanja zahvaćenog materijala tla Relativno kretanje rotora (obrtanje oko sopstvene ose) dovodi do priraštaja potencijalne (položajne) energije materijala zahvaćenog koficama. Uoči mo kof icu čiji je položaj odreden uglom <Р Г , slik a 6.6. Ako se zanemari
Masa materijala tia koji se iskopa u jedinici vremena iz rova ciji je poprečni presek Ar = B r H r , pri kretanju osnovne mašine konstantnom brzinom vvm, odreduje se na osnovu izraza m'
=
p z Ar vvm
=
p z B r H r vvm.
Sa dovoijnom tačnošću može da se usvoji da je udaljenost središta masa zahvaćenog materijala tia od ose obrtanja rotora Slika 6.6 - Shema za izračunavanje snage dizanja zahvaćenog materijala tie
D+ D Rc -
r
-
- = const.,
(6.11)
pri čemu je Dr precni k rotora meren po reznim ivic ama zuba, a D0 , unutrasnji prečnik rotora, slika 4.1.
H - dubina rova; H j - dubina bočnih proširenja; Hj - visina sloia obrušenog materijala tla; r r H'd - visina dizanja zahvaćenog materijala tia u zoni kopanja; H'^ - visina dizanja zahvaćenog
materijala tla u zoni transportovanja; Hj - ukupna visina dizanja zahvaćenog materijala tla; B - širina rova; B j - širina r r
rova na nivou oslanjanja vučne mašine; / - когак uzastopnih
trajektorija rezanja; Rr - poiuprecnik rotora; Rc - rastojanje težišta zahvaćenog materijala tia od ose
Proračun
132
snage pogona
rotora
dG c
-
p z gEJdk
Rotorni rovokopači
.
uticai ugla koji grade apsolutna i relativna brzina referentne tačke kofice, onda se pri obrtanju rotora za ugao d(pi odreže materijai težine (6.12)
= z gEJR p r sinq>;đ(pt .
Težina materijala tla koji kofica odreže tokom kretanja kroz masiv dobija se integraljenjem izraza (6.12),
izraza
4f=4+4*
=
W
=
<
W
0
z
r
r
z
r
k
z
+H" d
^ Pz gB ^H r H d .
)=СЉ
(6.15)
Kada se korak uzastopnih rrajektorija rezanja izrazi pomoću brzine vučne mašine, 2т г
¥k
= T j p gE lR sitKpdcp': = p gEJR (l - cosy/ ) = p gEJK .
G
133
Konačno , ukupni rad dizanja materij ala tla odreduje se na osnovu
(6.13)
r
mr
30
Ran koji se utroši na podizanie odrezanog materijala tia do trenutka izlaska kofice iz zahvaia sa tiom odreduie se na osnovu izraza
n p
n*h
izraz (6.16) dobija formu
¥k
4=
k dG
j
m
\
=
0
[Hr-RrO-cospOIdG^L
A^ mP z gE ? H r H d vvm
lR (l~cos
k
r
Pi
0
л
^
N
¥k
¥k
=
R fcosq>i -cosy/ ]p gB lR
J
r
k
z
r
r
sinpjdp;
= p gBJR?
j
z
-cosip
sinifhdcpi
j
k
°
J
p gB lI^( l-cosy/ f z
sinq>i coscpfd^ J J rotora, za vreme Pri konstantnoj učestanosti obrtanja nr [min jednog obrtaja r = 60/nr , svaka od nk kofica smeštenih na rotoru izvrši rad dizanja odreden izrazom (6.16). Prema tome, srednja snaga dizanja može da se izračuna na osnovu izraza
¥k
¥k
=
P
r
k
\=p gB lj^ cosy/ coscpf -—cosQcpt} 4 JO z
r
k
=-р#ЦЈН?.
P d =?f- = -
Svodenjem ovako odredenog rada dizanja na ukupnu težinu mate rijala tia, izraz (6.13), dolazi se do tzv. visine dizanja u zoni zahvata kofice sa tlom,
gEJK r
Pz
2
(6.14)
gE 60p H H v r r d
z
=
^
Q,H d .
Plg
Udeo snage koja se koristi za podizanje zahvaćenog materijala tia u ukupnoj snazi koja se dovodi rotoru zavisi, pre svega, od kategorije tla koje se kopa. On je utoiiko veći. ukoiiko je kategorija tla niža. Visina sioja formiranog obrušavanjem materijala proširenja rova, slika 6.6, izračunava se na osnovu izraza [17]
Dalde, rad utrošen na dizanje odrezanog materijala tia u zoni zahvata kofice sa masivom jednak je proizvodu ukupne težine odreska, izraz (6.13), i odgovarajuće visine dizanja, koja je jednaka polovini dubine rova, izraz (6.14). Nakon izlaska iz zahvata sa tlom, kofica transportuje zahvaćeni materijal tia težine G 0 do zone praznjenja, slika 6.6. Pri tome se za dizanje zahvaćenog materijala tla uloži rad
_
jj
A
tla
iz
bočnih
k
hp r
a j =
E r k
u kome je
Abp = H rl (Rrl -E )/2 r
površina poprečnih preseka bočnih prosi-
renja rova, E r širina dna rova, k F koeficijent privremene rastresenosti mate
Proračun
134
s nage
pogona
rotora
Za podizanje materijala tia obrusenog iz bocnih proširenja potrebna je snaga
Rotorni
rovokopači
snazi kojom rotor saviađuje radna opterećenja. Zato se u citiranoj literaturi pomenuti koeficijent uslovno naziva koeficijentom korisnog dejstva radnog uredaja.
H •' Pd
=
A
v p g(H r
bF vm z
— j - + H*d)6.5 Primer proračuna snage pogona rotora
6.4 Snaga pogona roto ra Tokom transportovanja zahvacenog materijala tla ka zoni praznjenja kofice, dolazi do njegovog relativnog kretanja u odnosu na. zatvarac. Udeo snage kojom se savlađuju sile trenia nastaie pri ovom kretanju, ne prelazi 2% snage dovedene rotoru. Upravo zato, u orijentacionim proračunima se zanemaruje uticaj trenja zahvacenog materijala tla o zatvarač [17]. Jedan deo snage koja se preda rotoru koristi se za saviađivanje svih analiziranih otpora, P rJ = T~k +P' k +P u + pd + pd > a drugi (P r2 ) za savladivanje otpora koji se javljaju u uredaju za osianjanje I vodenje rotora. Ukupna snaga koju je neophodno dovesti rotoru odreduje se na osnovu izraza
Za rovokopač čiji su konstruktivni parametri i parametri režima rada odredeni u tački 4.10, izračunati: • srednj u snagu pogona rotora pri kopanju rova pravougaonog poprečnog preseka u tin I kategorije, maksimalnom radnom brzinom; • najveći tehnički kapaci tet i srednju snagu pogona rotora pri kopanju rova pravougaonog poprečnog preseka u tiu II i III kategorije, pod usiovom. da snaga dovedena rotoru ne bude veća od snage koja se dovodi rotoru pri kopanju rova istih dimenzija u tiu I kategorije; • srednju snagu pogona rotora pri kopanju profilisanog rova u tiu I kategorije, maksimalnom radnom brzinom (uredaj za profilisanje je pasivnog tipa); •
Pr? P r =P rl +P F 2=
—
u kome se koeficijentom тј г uzimaju u obzir gubici nastali u uredaju za osia njanje i vodenje rotora.
Konačno, srednja snaga koja se predaje pogonu rotora odreduje se na osnovu formule
srednj u snagu pogona dvoredog rotora (rotora sa dva reda kofica) pri kopanju rova pravougaonog poprecnog preseka u tiu I kategorije, maksimalnom radnom brzinom; širina rova je dva puta veća od shine rova koji se kopa jednoredim rotorom čiji su parametri određeni u tački 4.10.
Podaci:
/
daN
kj = 2,J
Aj
//
-,kj = 4,0 cm =!j^L A J / f
cm
daN . ^ £ daN . , , _ __., v . -iky m= 6,6 - specificm otpor kopanja tla I, II i cm* cm2 III kategorije,
=2,8^ iAJ H r
u kojoj je 7] stepen korisnog dejstva pogona rotora. pr Snaga koja se koristi za savladivanje svih opterećenja rotora (otpor rezanja tla, otpor punjenja kofice, otpor pr erne stanja prizme materijala tia, težina zahvacenog, odnosno, transportovanog materijala tla, inercijaine sile nastaie ubrzavanjem odrezanog materijala tla, trenje zahvacenog materijala tia o zatvarac. trenje u uredaju za osianjanje i vodenje rotora, dinamički uticaji koji se javljaju tokom kopanja) orijentaciono može da se odredi [14] na osnovu snage rezanja
cm
=3,6^—
cm
koeficijent korekcije specifičnog otpora kopanja tla I, II i III kategorije,
II1 pi = 1 3 0 0 , p f = 1600/ pf = 1 7 0 0 - gustina materijala tla I, m m m III kategorije u rastresenom stanju, k\ = 1,15 - koeficijent privremene rastresenosti tla I kategorije, B r = 1,2 m - širina rova, B rl = 1,8 m - širina profilisanog rova na nivou osianjanja vučne mašine, H r = 2,0 m - dubina rova, H rl = 1,3 m - dubina bočnih prosirenja profilisanog rova, k = 0,8 - koeficijent neravnomernosti raspodeie obrusenog materijala tla,
176
Trakasti
transporter!
-
odlagači
Rotorni
rovokopae!
177
8.0 MEHANIZAM ZA KRETANJE
Rovokopae! pripadaju kiasi mašina-kopača kod kojih se radni proces ostvaruje u toku kretanja same mašine. To znači da mehanizam za kretanje mora da bude projektovan i konstruisan tako da omogući savladivanje ne samo otpora kretanja, vec I otpora koji se javljaju u toku kopanja tla. Posledica navedene činjenice jeste relativne visoko učešće mase 1 snage mehanizma za kretanje u ukupnoj masi i snazi mašine. U najvećem broju siučajeva, rovokopači se izvode kao samohodne mašine, čime se obezbeđuje njihova potpuna autonomnost. Kod rovokopaca namenjenih za rad u urbanim sredinama, odnosno, kada se zahteva da rovokopae reiativno često i brzo menja iokaciju u toku rada, kao kretači se koriste točkovi sa pneumatici ma. U svim ostalim siucajevima koriste se gusenični mehanizmi za kretanje. Rovokopae! predvideni za rad na tiu viših kategorija, odnosno, zamrznutom tiu, snabdeveni su vucnim vitiima. Tada su kod maiih jedinica, čija sopstvena težina nije dovoljna za ostvarivanje potrebne sile prianjanja, kretači slobodni. Time se pojednostavljuje kinematička shema mašine. Potrebna vučna sila ostvaruje se vučnim. vitlom. Kod većih jedinica, pomenuta vitia se koriste samo u siucajevima kada guseničnim kretačima ne maze da se ostvari potrebna vuena siia. S obzirom na uslove u kojima se odvija radni proces, kod rovokopaca se najčešće koriste mehanizmi za kretanje sa guseničnim kretačima. Njihove prednosti, u odnosu na mehanizme za kretanje kod kojih su kretači točkovi sa pneumaticima, su: * dobro prianjanje i moguenost ostvarivanja reiativ no velikih vucnih siia, * reiativno nizak pritisai; na tlo, što omogučava kietanje mašine po tiu slabe nosivosti, • veća stabilnost, zbog niskog položaja težišta ceiokupne mašine, * mogucnost saviadivanja veliki h uspona, • sposobnost kretanja po nepripremlj enoj podiozi, odnosno, reia tivno lako savladivanje prepreka na terenu i • dobre manevarske osobine.
Mehanizam
178
za
kreianje
Rotorni
Nedostaci guseničnih kretaca su: * relativno velika masa i sioženost konstrukcije, * relativno brzo habanje zbog slabe zaštićenosti ili potpune nezaštićenosti delova kretaca od abrazivnog dejstva stranih čestica, * niži koeficijent korisnog dejstva, * male transportne brzine i * neopnodnost korišćenja specijaini h voziia za transportovanje na veće udaljenosti. 8.1 Gusenični kretač
Osnovni element! guseničnog kretaca, slika 8.1, su: ram (6), pogonska zvezda (1), usmeravajuća (zatezna) zvezda (5), osioni točak (7), usmeravajuci točak (2), uredaj za zatezanje i amortizaciju (4) i gusenični ianac - gusenica (3). 1
I/
V
5
4
2
rovokopači
179
(a) (b) Si ik a 8.2 [14] - Dijagrami raspodele pritiska gusenic e na tio (p) kod kretaca sa maiim (a) i velikim brojem oslonih točkova (b) Kod guseničnih kretaca sa velikim brojem oslonih točkova manjeg prečnika, raspodela pritiska gusenice na tlo je približno ravnomerna, slika 8.2(b ). Ovi kret aci se koriste kod mašina namenjenih za rad na tlu relativno slabe nosivosti. Prednosti kretaca sa malim brojem oslonih točkova su manja osetijivost na prisustvo sitnih stranih čestica (tucanik, pesak) i lakše saviadi vanje pojedinačnih prepreka, slika 8.3.
if
I
i
A
i
(a) (b) Slika 8.3 [7] - Savlađivanje pojedinačne ргергеке guseničnim kretačem sa malim (a) i velikim brojem oslonih točkova (b)
/
/
7
^
Slika 8.1 [17] - Osnovni element! guseničnog kretaca 1 -pogonska zvezda; 2 - usmeravajuci točak; 3 - gusenični lanac (gusenica); 4 -uredaj za zatezanje i amortizaciju; 5 - usmeravajuća (zatezna) zvezda; 6 - ram; 7 - osioni toćak; l ot - korak osionih
Da bi se poboljšale manevarske sposobnosti kretaca sa velikim brojem oslonih točkova relativno malog precnika, ose obrtanja pogonske i usmera vajuće zvezde smeštaju se iznad osa obrtanja oslonih točkova, slika 8.4.
točkova; l č - dužina članaka
U izvesnim slučajevima, gusenični kretač ne sadrži ram, već se njegovi elementi vezuju neposredno za osnovni ram mašine. Prema
odnosu
koraka
osionih
točkova
(l ot )
i
dužine
čianka
guseničnog lanca (l č ) gusenični kretači se deie na: •
kretače sa maiim brojem oslonih točkova, slika 8.2(a), kod kojih je — > 2 i
*
kretače sa velikim brojem oslonih točkova, slika 8.2(b), kod
Siika 8.4 [7] - Gusenični kretač sa podignutim osama obrtanja pogonske i zatezne zvezde Bolje priiagodavanje profilu podloge i ravnomernija raspodela pritiska gusenice na tlo postiže se grupisanjem dva ili tri oslona točka manjeg prečnika u koiica sa balansirom zglobno oslonjenim na ram kretaca, slika 8.5. Isti efekti
kojih je Џ- < 2. Kod guseničnih kretaca sa maiim brojem oslonih točkova, obično većeg prečnika, raspodela pritiska gusenice na tio je izrazito neravnomerna, slika 8.2(a). Kretači sa malim brojem oslonih točkova koriste se kod mašinakopača koje su namenjene za rad na čvrstom tlu, ill meksem tiu u čijoj strukturi je prisutan relativno veliki broj čvrstih komada.
Sli ka 8.5 [14] - Kretanje gusenice po neravnom terenu; a - kretač sa balansi rom; b - kretac bez balansira
Mehanizam
180
za
kretanje
Rotorni
postižu se i ugradnjom elastičnih elemenata u sistem oslanjanja deiova kretaca, slika 8.6.
pogonski zvezda
Slika 8.6 [17] - Eiasticno osianjanje elemenata gusenienog kretaca
rovokopae:
gusenice b g , a dužina oslonog dela gusenice l g , srednji pritisal; gusenica na tlo, slika 8.8(a), odreden je relacijom
Zglobne veze osovina oslonih točkova i rama kretaca, slika 8.7, omogućavaju dobro priiagodavanje gusenice poprećnom profilu podioge.
Q Psr = T-J-
Slika 8.7 [14]
Zglobno osianjanje osovine oslonih točkova
Izbor konstruktivnog resenja guseničnih kretaca, njihovih dimenzija i broja, zavisi od namene mašine-kopača, njene težine i karakteristika tla. Pri tome se mora voditi računa o osnovnim parametrima koje mora da zaaovolji mehanizam za kretanje, a to su: « pritisak gusenica na tlo, * siia prianjanja i • stabilnost mašine-kopača u projektovanim režimima rada. Kod rotornih rovokopaca mehanizmi za kretanje.
se,
uglavnom,
koriste
181
Osnovni pokazatel] dejstva gusenice na tlo jeste srednji pritisak. On se izračunava pod sledećim pretpostavkama: * gusenični kretač se oslanja na horizontainu podlogu, * vertikalno opterecenje gusenienog kretaca deluje u težištu površine oslonog dela gusenice i * celokupna površina oslonog dela gusenice učestvuje u prenošenju opterecenja na tlo. Prema tome, ukoliko je vertikalno opterecenje gusenienog kretača Q, širina
•
Kod mašina visoke prohodnosti srednji pritisak gusenica na tlo kreće se u granicama pSF = 0J5...0^20
. Poredenja radi, u literaturi [26] se cm
navodi podatak da srednji pritisalc čoveka na tlo iznosi 0,4 ... 0,5 cm
Da bi se obezbedila prohodnost mašina-kopača srednji pritisak gusenica na tlo ne sme da bude veći od dopuštenog, tabeia 8.1. Tabe ia 8.1 [26] - Dopušteni pritisalc gusenica na tlo (pd0D ) I koeficijent otpora
dvogusenični
gnječenja tla
(pQ ) PO
PDOP
Vrsta tla.
8.2 Priti sak gusenica na t ic Jedan od osnovnih pokazatelja prohodnostl mašina sa guseničnim kretačima jeste površinski pritisak gusenica na tlo i karakter njegove raspodele po dužini gusenice. Uzajamno dejstvo gusenica I tla je veoma siožena pojava, što proistice iz problema koji se javljaju prilikom odredivanja poija napona i deformacija tla. Neke vrste prirodnog tla (kamen, led) i kolovoza (beton, asfalt) mogu da se tretiraju kao izotropni materijali, odnosno, prilikom odredivanja napona 1 deformacija pod dejstvom gusenica može da зе primeni teorija elastičnosti, sa tačnošću dovoijnom za inženjerske proračune. Sa druge strane, plastične giine i neke vrste snega mogu da se posmatraju kao idealno plastični materijali i tada se problem odredivanja napona i deformacija rešava primenom teorije plastičnosti. Medutim, većina materijala tla je anizotropna, što znatno otežava rešavanje problema naponsko-deformacionog stanja. Dejstvo gusenica na tlo slabije nosivosti izaziva njegovo tečenje. Prema tome, udeo elasticnih deformacija u torn siučaju je reiativno nizak, pa je za
\daN~
lcm2 \ Blato 1 Močvarno tlo 1
Vlažna glina, nevezani pesaic i oraniea Krapan pesak i vlažna srednja glina Srednja glina i vlažna sabijena glina Sabijena glina srednje vlaznosti, vlazrii iaporac i les Suva sabijena glina, suvi Iaporac i suvl les
I daN 1 2
[cm
П
cm\
0,4...0,6
0,05...0,1
0,8...1.0 2,0...4,0 4,0...6,0 6,0...7,0 8,0...10,0 11.0...15.0
0,12...0,15 0,20...0,30 0.30...0,45 0,50...0.60 0,70...1,0 1.10...1,30
Ukoliko vertikalno opterecenje deluje u ravnl simetrije gusenice, all ekscentrlčno u odnosu na težište površine oslanjanja, slika 8.8(b, c, d), dolazi do promene zakona raspodeie pritiska gusenice na tlo. U normainim uslovima rada mašina-kopača napaana linija vertikainog opterecenja gusenica mora da prolazl kroz jezgro preseka pravougaone osione povrsine gusenice. Time se obezbeduje da celokupna oslona površina gusenice učestvuje u prenosenju opterecenja.
18 2
Mehanizam
za
kretanje
(a)(b)(c)
id)
Rotorni
rovokopači
183
Kada opterecenje gusenice deluje unutar konture jezgra, dijagram raspodele pritiska ima oblik trapeza, slika 8.8(b). Vrednosti pritiska gusenice na tlo u krajnjim tačkama povrsine oslanjanja odreduju se na osnovu izraza
Pmax/ nun
Psr - ^
b g I g {
l g J
O
u kome je p sr =
srednji pritisak, O vertikalno opterecenje gusenice, e
~ b l
g g
ekscentricitet napadne Iinije opterecenja u odnosu na težište osione povrsine. bjl W y
= • h^ otporm moment osione povrsine gusenica, ba sirina gusenice, a
i g dužina njenog oslonog dela. Ukoliko napadna linija opterecenja prolazi kroz konturu jezgra osione
povrsine gusenice, e =
I
6
, onda dijagram raspo dele priti ska dobija oblik troug-
la, slika 8.8(c), pri čemu je
p max
= 2p sr i
p min
= 0.
S obzirom na činjenicu da je veza gusenice i tla jednostrana, odnosno, može da prenosi samo pritiskujuću silu, izlazak napadne Iinije van konture jezgra dovodi do rasterecenja jednog dela osione povrsine gusenice. U prenosenju opterecenja učestvuje deo gusenice dužine V g , slika 8.8(d). Ona se odreduje iz usiova jednakosti momenata siia kojima se tlo suprotstavlja deformisanju i spoljašnje vertikaine sile O za osu Cy (težišna osa preseka osione povrsine gusenice). U posmatranom slučaju, maksimalni pritisak na tlo izračunava se na osnovu izraza Pmax
-
-0— i 7 ,T ' b [ g g
Polazeći od činjenice da dijagram raspodele pritiska duž kontaktne povrsine ima oblik trougla, slika 8.8(d), lako se odreduje njegova vrednost na rastojanju x od težišta osione povrsine gusenice, L
/ ; (c) e =
Slika 8.8 - Pritisak gusenica na tlo; (a) e = 0 ; (b) e <
б
/ ; (d) e >
б
i
6
C - težište povrsine oslonog dele gusenice; Q - vertikalno opterecenje tia; e - ekscentricitet
napadne iinije siie Q u odnosu na težište oslonog dela gusenice; H G - sirina gusenice; l - dužina g oslonog dela gusenice; / ' - dužina dela gusenice koji prenosi opterecenje na tic* P SR - srednji
^ =
f
Pmax
g
=> p(x) = ^-(2V g -I, + 2x) .
l
Sab Irani em momenata elementarnih siia kojima se tlo suprotstavlja deformisanju, dM
(x) = dF (x)x = h p (x)xdx = b**" ax
(2V
i
+ 2x)xdx ,
Mehanizam
184
za
kretanie
Rotomi
dobija se ukupni moment pomenutih siia za osu Cy
M PfCy =
j dM PfCy (x)dx =
21'
grmax
^Ml^L(2V g - I g
+
2x)xdx =
+-
3
(
i ) s
-4 4 -41 v
185
-1.
X
2V,
J
rovokorjači
Pod dejstvom pritiska gusenica podioga se deformiše. Veiičma te deformacije dominantno utiče na veiicinu koeficijenta otpora kretanja. Ako je p0 opterećenje po 1 cm2 osione površine gusenice koje izaziva linearnu deformaciju tla od 1 cm (tzv. koeficijent otpora gnječenja tia), tabeia 8.1, onda je veličina deformacije tla pri srednjem pritisku gusenica p sr odredena izrazom
1
g P max g
... (8 .1 )
Pri sabijanju tia za veiičinu h, po 1 cm2 kontaktne površine spoijasnje opterećenje izvrši rad Ah = ]p sr dh = ]p0 hdn = lp0 h2 .
Za osu Cy , verti kalna siia O pravi moment M Q>Cy=Oe.
0
(8.2)
(8.3)
0
Na osnovu izraza (8.3) može da se odredi deformacioni rad koji ostvari jedan čianak dužine l č i širine b„,
izjednačavanjem izraza (8.1) i (8.2), nakon eiementarnih transformacija, dobija se RG =JL g -3e.
Dakie, povećanje ekscentriciteta napadne linije vertikainog opterećenja O u posmatr anom siučaju dovodi do smanjenja dužine kontaktne površi ne gusenica i tla, Što izaziva povećanje maksimalnog kontaktog pritiska.
Rad Ahč realizuje se pri transiaciji mašine za l č . Vučna siia F v {F v = f g O , f g - koeficijent otpora kretanja) pri tome izvrši rad AFv
U prenošenju opterećenja na tlo dominantno učestvuju čianci gusenice koji se naiaze ispod oslonih točkova, slika 8.9. Očigiedno, veiičina i karakter
=F vi č =f g Ql č =f g b g IJ čPsr .
(8.5)
Dakie, da bi se ostvario deformacioni rad Ahč , vučna siia mora da izvrši rad AFv. Izjednačavanjem izraza (8.4) i (8.5) dobija se [26] 2
f
= 8
P
Slika 8.9 [25] - Idealizovana raspodela pritiska (p) na tlo ispod oslonih točkova; (a) - c\TSta podioga; (b) - deformabiina podioga raspodeie pritiska na tlo zavisi od poiožaja članaka u odnosu na osu obrtanja oslonih točkova i karakteristika tia. Saglasno izioženom, zaključuje se da se najveći pritisaic gusenica na tlo ostvaruje ispod najopterećenijeg oslonog točka, odnosnc, da se na osnovu podatka o srednjem pritisku ne može doneti
1 Po** = 2 p sr I g
PSR 2pet g "
lako prilikom izvodenja izraza koji definiše vrednost koeficijenta otpora kretanja f g nisu uzeti u obzir svi efekti koji se javijaiu prilikom kretanja gusenica, na osnovu njegove strukture može da se zakliuči siedeće [261:
• *
otpor kretanja je utoliko veći ukoliko je veća deformacij a podloge, odnosno, veci srednji pritisaiv gusenica na tlo i pri istoj vrednosti srednjeg pritiska gusenice na tlo, otpor kretanja je manji kod guseničnog kretača veće dužine; upravo zbog toga, prilikom projektovanja guseničnog kretaca trebalo bi
Mehanizam
186
za
kretanje
Rotorni
težiti povećanju njegove dužine na račun širine, posebno kod brzohodih mašina. Na veličinu koeficijenta otpora kretanja utiče i karakter raspodele pritiska gusenica na tlo. Vrednost koeficijenta otpora kretanja znatno raste u siucajevima kada se najvece normaino opterecenje ostvaruje na prednjem oslonom toeku. U literaturi [20] dat je izraz na osnovu koga može da se odredi vred nost koeficijenta otpora kretanja, kQ 2000
Vlb g nol
u kome je k MN
'
koeficijent koji karakterise deformaciona svojstva podloge,
rovokopačl
187
korovom, odnosno, po srednje uta.ban.om snegu usvaja se l k «l č ; za pesak i sveže uzorano tlo i k « 21
č
; za močvarne terene. duboko biato i slabo utaban
sneg l k « 31 č [20],
8.3 Osnove kinematike gusenienog kretaca U anaiizi koia sledi, pretpostavlja se: • da je guseni čni lanac apsoiutn o savitijiv I neisteglji v, • da konturu gusenienog lanca čine pravolinijske deonic e i krivolinijske deonice oblika kružnog luka, • da je kontura gusenienog ian ca neizmenlj iva, • da je intenzi tet relati vne brzi ne gusenien og lanc a u odnosu na ram gusenienog kretaca konstantan, v g = const., i •
da ram gusenienog kretaca vrši pravoiinijsku = const., slika 8.10. konstantnom brzinom, v
translaciju
tabeia 8.2, i [m] dužina aktivnog deia gusenienog lanca (onog dela guseničnog k ianca preko koga se prenosi opterecenje na podlogu), h g [m] sirina gusenica, not broj oslonih točkova, a O \N] opterecenje gusenice, upravno na podlogu. 3 Tabeia 8.2 [20] - Srednje vrednosti koeficijenta deformacije tia k \m j MN\
Podloga
1 AsMt i Krupan pesak. šijunak ! Močvarno tlo 1 Duboko biato j Put: I - zemijani , suv 1 ~ pokriven srednje utabanim snegom j pokriven utabanim snegom neuzorana zemija I Pesak: 1 - vlažan j - suv ! Snežni pokrivač: j - rasixesii i - siabo utaban 1 Sveže uzorano poije ! Strniika
3 k[m /MN
0,00275 10' 3 0Д53-10"
3
0,82 0,71...1,02 0,00235
Х
У
Slika 8.10 - Kretanje idealizovanog gusenienog kretaca 1 - pogonska zvezda, 2 - usmeravajuća zvezda; 3 -zadnji osioni točak; 4 - prednji osloni tocak; 5 -
0,0082...0,02 0,00153...0,0038 0,058 0,136 0,344 4,3. ..9,2 0,224...0,54 0,133 0,0224
Bužina aktivnog dela gusenienog lanca zavisi od deformabilnosti tla. Ukoliko je ono deformabilnije, utoliko veći broj članaka učestvuje u
- ugao zadnje zadnji usmeravajućl točak; 6 - prednji usmeravajući točak; 7 - gusenični ianac; J5 Z р - ugao prednje grane gusenienog ianca; ft pl - ugao prednje grane grane gusenienog ianca; /З
siobodnog deia gusenienog lanca; c - ugao koji odreduje položaj uočene tačke gusenienog Ianca tokom njenog obrtanja oko ose pogonske zvezde; o) m - ugaona brzina pogonske zvezde; vvm brzina transiacije rama guseničnogkretaca; v g - relativna brzina gusenienog lanca u odnosu na ram kretaca
Svaka tačka gusenienog ianca vrši složeno kretanje. Prenosno kretanje je uvek pravoiinijska transiacija, dok karakter relativnog kretanja zavisi od položaja uočene tačke na konturi gusenienog lanca. Uočimo tačku M na lučnoj deonici JA gusenienog lanca. Ona u odnosu na ram. gusenienog kretača vrši obrtanje oko ose pogonske zvezde ugaonom brzinom co pz . Apsolutna brzina posmatrane tačke zavisi od ugia t,
