Кузьменко В.И. Горные транспортные машины (теория и расчеты)

Подождите немного. Документ загружается.

171

При движении автомобиля вдоль сухой дороги сила сцепления веду-

щих колес с дорожным покрытием может быть настолько большой, что ка-

сательная сила тяги будет ограничиваться мощностью двигателя

ктвпк

···

N·3600

F ηηη=

, (8.14)

где N – мощность двигателя, кВт;

V– скорость автомобиля, км/ч.;

– к.п.д. трансмиссии (при гидромеханической

= 0,7-0,72 ; при элект-

ромеханической

= 0,69-0,71);

вп

= 0,85-0,88 – коэффициент, который учитывает отбор мощности на

вспомогательные механизмы автосамосвала;

= 0,95 – к.п.д. колеса.

Дорожные условия при работе автосамосвала в карьерах непрерывно

изменяются. При движении вдоль забойных дорог, как правило, ухудшен-

ного качества автомобилю приходится одолевать высокое основное со-

противление. Поэтому он не может развивать высокую скорость. При

выезде автомобиля на выездную траншею скорость его еще более снижа-

ется и будет снижаться до тех пор, пока не установится равновесие меж-

ду силой тяги и силами сопротивления, тогда самосвал приходит в дви-

жение с постоянной скоростью.

Затем автомобиль выезжает на постоянную дорогу, связывающую карь-

ер с отвалом вскрышных пород или с другим местом разгрузки. Дорожные

условия улучшаются, и автомобиль разгоняется до максимальной для дан-

ных условий скорости – начинается новый период движения с постоянной

скоростью. Далее автомобиль достигает отвала и въезжает на отвальные

дороги низкого качества, снова снижается скорость и т.д.

На обратном пути порожняком на спусках автомобиль работает в режиме

торможения, как правило, с включенным двигателем. На некоторых слабона-

клонных или горизонтальных участках дороги автосамосвал может двигаться

по инерции или накатом при двигателе, отключенном от ведущих колес.

172

Каждому указанному режиму движения автосамосвала соответствует

определенный вид уравнения движения (8.11):

при равномерном движении по горизонтальной дороге

wD = , (8.15)

при равномерном движении на уклон или под уклон

iwD

±= , (8.16)

при движении автомобиля с замедлением или ускорением (при трогании или

торможении)

··102wiwD

0кр0

γ++±=

, (8.17)

при движении под уклон с выключенным двигателем (выбег), если F=0:

··102iw

γ+−=−

, (8.18)

при торможении, если двигатель отключен и к сопротивлениям движения

прибавляется тормозная сила В (Н)

··102iw

γ+−=

−

. (8.19)

Выразим силу тяги на ведущих колесах через мощность двигателя, развива-

емую в данный момент, и используем выражения (8.10) и (8.14), тогда выраже-

ние для определения динамического фактора можно представить в таком виде:

aвТ.м.о

GW··

N3600













−ηη=

. (8.20)

Принимаем W

=0, что целиком допустимо для условий движения авто-

мобилей на карьерах, и построим графики зависимости динамического

фактора D от скорости движения автосамосвала V, применяя уравнение

(8.20). Эту зависимость принято называть динамической характеристикой

автомобиля.

Из выражения (8.11) следует, что численное значение динамического фак-

тора равняется сумме удельного сопротивления движению автомобиля на

173

Таким образом, определение значения необходимого динамического фак-

тора не составляет сложности. По найденному динамическому фактору из

динамической характеристики автосамосвала определяют скорость, с кото-

рой будет двигаться автомобиль по данному участку дороги.

Используя динамическую характеристику, определим наибольшее сопро-

тивление, которое может преодолеть автомобиль с фактической загрузкой,

и максимальный уклон при наибольшем тяговом факторе с учетом данных

дорожных условий:

··102wDi

0maxmax

γ−−=

(8.21)

Рисунок 8.1 – Динамическая характеристика автосамосвала

Дорожные условия движения автомобилей на карьерах изменяются на

протяжении года в зависимости от погоды. По этой причине максимальный

затяжной уклон, который рассчитан с учетом очень трудных дорожных ус-

ловий, на большинстве месторождений следует принимать не более 80 ‰.

Указанный метод определения основных режимных параметров работы

автомобиля, который служит основой тягово-динамических расчетов, мож-

но рекомендовать для автомобилей с механической или гидромеханической

трансмиссией.

Для большегрузных автосамосвалов с электрической трансмиссией, в ко-

0 10 20 30

v , км/ч

Н/т

1,5

1,0

0,5

Рисунок 8.1 Динамі

чна характеристика

автосамоскида

174

телями только электрическими цепями, задачей тягово-динамического рас-

чета является определение рабочих характеристик тяговых электродвига-

телей и передаточного числа редуктора мотор-колес, которые обеспечива-

ют нормальную работу автомобиля в тяговом и тормозном режимах при

конкретных дорожных условиях движения.

Основные показатели автомобиля, которые влияют на выбор пара-

метров тяговых электродвигателей – общая масса автомобиля с макси-

мальной массой груза в кузове (m

+m), число ведущих колес n, длитель-

ная касательная сила тяги F

дл

, скорость движения длительного режима

дл

, максимальная касательная сила тяги F

max

, которая определяется по

условиям сцепления ведущих колес с дорожным покрытием, и максималь-

ная скорость. Эти параметры принимают на основании анализа допусти-

мых условий эксплуатации автомобиля на месторождениях, предназна-

ченных к разработке открытым способом. По результатам анализа стро-

ят типичный продольный профиль дороги и график тяговых усилий F,

развитых автомобилем во время полного рейса

.Значение тяговых уси-

лий получают по уравнению движения (8.10),пренебрегая сопротивлени-

ем движению от ветра.

Этот график удобно строить в процентах от времени полного рейса и от

максимального значения тягового усилия. Таким образом, он показывает, в

какую долю времени полного рейса автомобиль развивает то или другое

тяговое усилие.

По графику нагрузки определяют среднеквадратичную силу тяги

∑

iср

Tt·FF , (8.22)

где t

– время работы автомобиля при силе тяги F

, измеренное в процен-

тах от F

max

Эту силу тяги принимают за номинальную (паспортную) F

Далее задача сводится к построению предельной тяговой характеристи-

ки F(v) и механической характеристики M(

), где М – момент, который

175

щения якоря, с

-1

График зависимости F(v), приведенный на рис.8.2, а , строится на основа-

нии выражения

V·NF

т.г.д

η= , (8.23)

где N

д.г.

– мощность дизеля, отдаваемая тяговому генератору и составля-

ющая0,85-0,88 полной мощности дизеля; кВт;

= 0,7-0,72 – к.п.д. электрической трансмиссии.

По тяговой характеристике автомобиля строят тяговую характерис-

тику мотор-колеса, учитывая, что

nFF

. (8.24)

Дальше задаются нужным диапазоном регулирования скорости,

нmaxv

VVK = , (8.25)

который принимают для карьерных автомобилей равным 3-3,5, и перегру-

зочной способностью электрической трансмиссии

нmaxF

FFk = , (8.26)

которая изменяется от 2,5 до 3.

Потом строят механическую характеристику (рис. 8.2,б) тягового двига-

теля, используя выражение

(

)

.к.пpк

niFrM

, (8.27)

кp

rVi

, (8.28)

где r– радиус качения ведущего колеса, м;

– передаточное число редуктора мотор-колеса;

пк

– к.п.д. передачи от мотора к колесу.

На тяговой характеристике (рис. 8.2, а) можно выделить точки, которые

ограничивают характерные режимы тягового электродвигателя. Например,

отрезок АВ отвечает пусковому режиму, ВСД – режиму постоянной мощно-

сти с зонами ВС кратковременной работы, СД – режиму продолжительной

работы. Координаты этих точек определяют диапазон регулирования угло-

вой скорости и перегрузочной способностью k по моменту

176

нmax

k ωω=

; (8.29)

нmaxм

MMk = . (8.30)

Далее определяют номинальную мощность тягового электродвигателя (кВт)

.к.пнн.д.н

V·FN η= , (8.31)

с другой стороны

n·NN

т.г.н.д.н

η= , (8.32)

откуда номинальная мощность генератора

г.г.д.г.н

·NN η= , (8.33)

где

– к.п.д. генератора.

Для мотор-колес с одноступенчатым редуктором передаточное число

определяют из выражения

maxmaxкp

V·ri

. (8.34)

Тяговые электродвигатели используют в карьерных автосамосвалах для

электрического торможения, которое осуществляется переведением их в ге-

нераторный режим. Наибольшее распространение в электрических трансмис-

сиях получило реостатное торможение, при котором генерируемая тяговы-

ми электродвигателями энергия рассеивается в тормозных сопротивлениях.

а)

max

v, м/с

F, кН

б)

max

д.н

д.

max

, c

-1

М, Нм

Рисунок 8.2 – Граничные тяговая (а) и механическая (б) характеристики

автосамосвала с электромеханической трансмиссией

177

говый электродвигатель при максимальной скорости, определяют по формуле

(

)

тmax

0а

·V·

wi·G

N η

−

. (8.35)

На практике для определения тягового усилия, момента, скорости дви-

жения и тока нагрузки электродвигателя удобно пользоваться номограм-

мой, которая строится таким образом. На один график (рис. 8.3) наносят

тяговую характеристику автомобиля и зависимости тягового усилия F (кН)от

веса автомобиля с грузом G

(кН) при разных удельных сопротивлениях дви-

жения (w=w

+i).

На номограмме проводят вертикальную линию, которая отвечает пол-

ному весу автомобиля до пересечения с прямой F(G

) (точка А), которая

отвечает определенному суммарному удельному сопротивлению движения

автосамосвала. Потом через точку А проводят линию, параллельную оси

абсцисс, точка пересечения ее с осью ординат С определяет тяговое усилие.

Точка В (точка пересечения с тяговой характеристикой) на оси абсцисс от-

вечает точке Д – значение скорости движения автосамосвала. На рис. 8.3

приведен пример определения параметров при движении автосамосвала с

полным весом 1400 кН по уклону 70 ‰ при основном удельном сопротивле-

нии движению 30 Н/кН. В этом случае автомобиль развивает тяговое усилие

140 кН и скорость движения 13 км/ч.

При определении тормозного усилия и безопасных скоростей движения

при спуске с уклона можно пользоваться номограммой, которая показана

на рис. 8.3, б.

Номограмма строится таким образом. На один график наносят тормоз-

ную характеристику машин и зависимости силы торможения F

(кН) от веса

автомобиля G

(кН) при разных суммарных сопротивлениях движению

(w=w

+и).

Потом проводят вертикальную линию до пересечения с прямой F

)

(точка А), которая отвечает определенному суммарному сопротивлению

движения. Через точку А проводят горизонтальную линию и отмечают точ-

178

20 30

v, км/час

кН

250

200

150

100

500

100

150

200

кН

v, км/час

кН

б)

250

200

150

100

500

100

150

200

кН

Рисунок 8.3 - Номограммы для расчета режимных параметров самосвала

а – тягово-динамическая; б - тормозная

179

ные линии, проведенные через точки В и С, определяют на оси абсцисс диа-

пазон безопасных скоростей при спуске. Например, при движении гружено-

го автосамосвала с полным весом 1400 кН на спуске с уклоном 80‰ при

основном удельном сопротивлении 30 Н/кН скорости, при которых обеспе-

чивается эффективная работа электрического торможения, находятся в пре-

делах 10,5-29,5 км/ч.

При движении порожнего самосвала весом 650 кН скорость может из-

меняться от 5 до 40 км/ч.

Возможность продолжительной работы автомобилей с электрической

трансмиссией определяется нагревом тяговых электродвигателей мотор-

колес, так как они работают как в режиме тяги, так и в режиме электричес-

кого торможения.

Нагрев электродвигателей определяют сравнением среднеквадратично-

го тока I

с длительным (номинальным) I

дл

током, при этом используют

выражение

∑

−=

iср

TtII , (8.36)

где t

– время работы электродвигателя при токе I

Для нахождения значений тока можно использовать предельную тяго-

вую характеристику (см. рис. 8.2, а) и электромеханическую характеристи-

ку электродвигателя.

При использовании универсальной электромеханической характеристи-

ки (рис. 8.4) в случае необходимости процентные значения тока можно пере-

вести в действительные, используя формулу

100I·II

тр

′

, (8.37)

где

′

– действительный ток, А;

I – действительный ток, % от длительного.

180

Рисунок 8.4 – Универсальная электромеханическая характеристика

электродвигателя серии ДК

Для автосамосвалов с электромеханической трансмиссией можно уста-

новить зависимость среднеквадратичного тока тяговых электродвигателей

от параметров дороги: среднего уклона и длины трассы L (рис. 8.5).

Как видно из графика, по условиям нагрева тяговых электродвигателей

автомобили с электрической трансмиссией продолжительное время могут

работать на уклонах до 50 ‰, при этом на трассе могут быть участки с укло-

ном 80 ‰ протяженностью до 750-1000 м и с уклоном 100 ‰ протяженнос-

тью 150-200 м. Уклон 60 ‰ и длина транспортирования 2,5 км являются

оптимальными параметрами.

Рисунок 8.5 – График зависимости среднеквадратичного тока

ср

электро-

двигателя ДК-717А от длины трассы L при разных ее уклонах i

0 100 200 I, %

М, %

100

200

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 L,км

500

400

300

200

600

100

i = 100%

i = 80%

i = 60%

i = 40%

A,I

ср