1.2.2. Определение основных размеров черпака

Основными геометрическими параметрами черпака, подлежащими определению при его проектировании, являются следующие размеры и углы: а – вылет черпака; b – ширина черпака; b₁ – ширина каретки; l – длина спинки; x и y – координаты центра тяжести черпака; C – глубина донышка;  – угол, характеризующий наклон режущей кромки к спинке черпака; ₀ – угол наклона основания сферического донышка к спинке; ₁ – угол резания грунта; ₂ – угол, характеризующий конусность черпака.

Геометрическая емкость черпака V (м³) определяется, исходя из заданной часовой производительности снаряда по грунту Q_Г (м³/ч), по формуле:

, (30)

где: K_P = 1.25 – коэффициент разрыхления (коэффициент увеличения объема грунта, взрыхляющегося при заполнении черпаков);

K_Н = 0.65÷0.80 – коэффициент наполнения черпаков;

– число черпаков, опоражнивающихся на верхнем барабане в минуту.

Расчетное число черпаков для цепи с черпаками на каждом втором звене определяется с округлением результата до целого числа по следующей эмпирической формуле

, (31)

где: Z₁ – число граней на ведущем (верхнем) барабане, принимаемое равным Z₁=4 для снарядов производительностью Q_Г до 350 м³/ч и Z₁=5 для снарядов производительностью свыше 350 м³/ч.

Одним из основных линейных размеров черпаков является вылет черпака, т.е. расстояние от спинки до наиболее удаленной точки на режущей кромке. Он определяется с учетом рода разрабатываемого грунта по следующей формуле

, (32)

где: K_a – коэффициент полноты формы черпака, представляющей собой отношение емкости черпака к объему куба, ребро которого равно вылету черпака

Значения коэффициента K_a для черпаков, предназначенных к разработке липких грунтов, принимается от 1,15 до 1,17, а для черпаков, разрабатывающих сыпучие грунты – 1,0.

Остальные линейные размеры черпака и углы, характеризующие форму черпака, выбираются с учетом опытных данных из табл. 2.

Таблица 2

Значения основных размеров наиболее распространенных черпаков

b = (1,20 ÷ 1,5)a	 = 45 ÷ 50º
b1 = (0,7 ÷ 0,8)a	0= 105 ÷ 115º
l = (0,9 ÷ 1,1)	1 = 30 ÷ 45º
C = 0,2 ; x 0,77 ; y 0,37	2 = 15 ÷ 20º

По результатам вычислений строятся проекции черпака с размерами, определяющими его форму и емкость.

1.2.3. Определение элементов черпаковой цепи и ее длины

Шаг звена черпаковой цепи (рис. 11) с учетом конструктивности черпака принимается в пределах

. (33)

Рис. 11. Элементы черпаковой цепи и верхнего барабана

Меньшие значения шага соответствуют черпакам для липких грунтов, а большие – черпакам для сыпучих грунтов.

Шаг черпаковой цепи t_Ц при условии чередования черпаков и межчерпаковых планок (майонов) составляет

(34)

Возвышение h₀ осей отверстий в полозках каретки и в межчерпаковых планках над опорными плоскостями определяется соотношением

(35)

Высота межчерпаковых планок равна .

Когда число граней верхнего барабана Z₁ установлено, определяется центральный угол , приходящийся на одну грань барабана

.

Расстояние r₁ от оси верхнего барабана до оси звена и длина l_Г грани барабана определяется из геометрических условий

, (36)

(37)

Для определения затрат мощности черпакового двигателя необходимо выполнить расчет высоты подъема черпака над уровнем воды.

Высота центра тяжести черпака, находящегося на верхнем барабане, над уровнем воды (рис.12) вычисляется по формуле

, (38)

где: y₁ – высота оси перекидного клапана над уровнем воды;

y₂ – возвышение оси ведущего барабана над осью перекидного клапана;

y₃ – высота цента тяжести грунта в полости черпака.

Первое слагаемое в правой части формулы (38) может быть вычислено исходя из координат конечной кромки грунтового лотка (см. рис. 12)

, (39)

где: x₀ – расстояние от диаметральной плоскости снаряда до конечной кромки лотка;

y₀ – высота кромки лотка над уровнем воды;

 – угол наклона лотка.

Рис. 12. Схема к определению высоты центра тяжести черпака

над уровнем воды

Для шаландового и кулуарного (лоткового) способов отвода грунта исходные данные у многих построенных типов снарядов предусмотрены в пределах, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

Обозначения	Способ отвода грунта
	шаландовый	кулуарный
x0	(7,5 ÷ 8,5)a	до 60 м – по условию остойчивости небольшого снаряда (QГ =150 м3/ч)
y0	(2,5 ÷ 3,0)a	2 м – по условию сбрасывания грунта на берег канала
	28 ÷ 35º	5 ÷ 6º

Второе слагаемое, т.е. y₂ в формуле (38), выбирается из конструктивных соображений

, (40)

где: m – коэффициент, принимаемый в следующих пределах:

m = 3,7÷5,2 – при шаландовом отводе грунта;

m = 5,5÷6,5 – при кулуарном отводе грунта.

Значения коэффициента m необходимо выбирать тем больше, чем значительнее угол максимального наклона черпаковой рамы к горизонту.

Третье слагаемое вычисляется по формуле

, (41)

где: y – ордината центра тяжести черпака (см. рис.10 ).

Положение черпаковой цепи в диаметральной плоскости корпуса снаряда определяется взаимным положением верхнего и нижнего черпаковых барабанов. Если положение верхнего барабана над уровнем воды характеризуется высотой (y₁+y₂), то при наибольшей глубине черпания H_Ч погружение оси нижнего барабана составляет (см. рис. 4а)

, (42)

где: y₅ – расстояние от оси нижнего барабана до козырька черпака, вошедшего на нижний барабан.

Величина y₅ представляет собой величину, аналогичную ранее рассмотренному параметру y₃ и определяется формулой

, (43)

где: – расстояние от оси нижнего барабана до оси звена ( – центральный угол, приходящийся на одну грань нижнего барабана; Z₂=Z₁+1 – число граней нижнего барабана).

Расчетное расстояние между осями барабанов определяется формулой

, (44)

где: a_наиб – наибольший угол наклона черпаковой рамы к горизонту, соответствующий максимальной глубине черпания Н_Ч (принимается a_наиб=55º).

Нисходящая часть черпаковой цепи с опрокинутыми черпаками провисает и замыкается на нижнем барабане (см. рис. 4а). Провисающую часть цепи называют бухтой. Длина бухты S черпаковой цепи (от верхней до нижней точки подвеса бухты цепи) определяется по формуле

, (45)

где: =(S-S₀)/S₀ – коэффициент ослабления бухты цепи, отвечающий ее относительно тугому натяжению (до износа пальцев и втулок). Его принимают равным от 0,08 до 0,1.

Число черпаков на отдельных участках цепи при расчете принимается:

• на верхнем барабане n₁=1;

• на нижнем барабане n₂=2;

• между осями барабанов n₃=S₀ / t_Ц;

• в бухте черпаковой цепи n₄=S / t_Ц.

Общее число черпаков в замкнутой цепи составляет

. (46)

и результат округляется до целого числа.

Общая длина черпаковой цепи

. (47)

От длины цепи зависит форма ее провисающего участка между точками касания с верхним и нижним барабанами. Холостой участок цепи должен иметь умеренное провисание. Поэтому, определив общую длину цепи в первом приближении, строят кривые провисания. Для этого, варьируя полученной величиной S, т.е. добавляя или сокращая общее число черпаков, выполняют построение боковой проекции черпакового устройства. В результате получают возможность окончательно установить длину цепи, обеспечивающую желаемое провисание холостого участка.