Рис. 3.17. Зависимости площади зачерпывания и объёма единичного захвата (без учёта ссыпания) от глубины внедрения
В настоящее время при проектировании или анализе рабочих качеств погрузочной машины с боковой разгрузкой ковша вместимость погрузочного органа определяется по приближённым формулам. Предварительные расчёты и экспериментальные исследования показали, что ошибка может достигать 30–40 %, главным образом, из-за недостоверного определения объёма ссыпания горной массы через боковые стороны ковша. Вследствие этого главная характеристика машины – производительность за чистое время погрузки, приводимая в технических характеристиках машин, указывается без должного обоснования. Фактическая производительность машин должна определяться по объёму черпания в функции глубины внедрения, траектории движения передней кромки ковша с учётом суммарных потерь груза при формировании остающегося в ковше объёма материала.
Рассмотрим широко распространённую конструкцию ковша, имеющего ширину Bк и геометрические характеристики, приведённые на рисунке 3.18.
Рис. 3.18. Геометрическая схема к расчёту вместимости ковша и объёмов ссыпания через боковые стороны ковша
Ссыпание груза из ковша возможно через открытую сторону ковша и через сторону с установленной боковой стенкой. При анализе параметров ковша возникает необходимость решения двух задач: определение максимальной вместимости ковша Vк.max или Vк.max1; определение фактического объёма груза, остающегося в ковше после черпания Vк.з и коэффициента потерь п, как отношения суммарного объёма ссыпания к потенциальному объёму зачерпывания V¢к.з.
Максимальная вместимость ковша Vк.max позволяет установить предельную производительность погрузочной машины при минимальной продолжительности цикла черпания и оценить соответствие паспортных данных реальным. Фактический объём груза, остающийся в ковше после очередного черпания, Vк.з., даст возможность оценить соответствие параметров механизмов внедрения и черпания и вместимости ковша.
Анализ геометрических форм тел ссыпания и размеров ковша позволил выявить два принципиально различных случая (рис. 3.18):
ширина ковша такова, что объёмы ссыпания DV1 и DV2 не пересекаются; при этом ковш может быть заполнен на максимальную высоту lн;
ширина ковша Bк меньше Bк.min, объёмы ссыпания DV1 и DV2 пересекаются, максимально возможный уровень заполнения снижается до lQ.
Схема расчёта объёмов DV построена по унифицированному принципу. Все тела ссыпания представлены усечёнными призмами с основаниями в виде треугольников, для которых имеются достаточно простые методы вычисления объёмов.
На рисунке 3.18 и в приводимых ниже формулах обозначено: 1, 2, 3, 4 – участки торцевого сечения ковша, для которых определяются соответствующие площади F1…F4; Bк – ширина ковша; hст – высота задней стенки ковша; Sст – средняя длина боковой стенки ковша; к – угол отклонения днища ковша от вертикали в период перед разгрузкой ковша; Lкc – длина днища ковша; Lкcc – длина горизонтальная верхней стенки; c – угол ссыпания груза на открытых поверхностях; ¢c – угол ссыпания груза в стеснённой области между стенками ковша; lн, lQ – высота точки заполнения ковша для различных вариантов; DVк1 – объём ссыпания через открытую сторону ковша; DVк2 – то же через сторону ковша с боковой стенкой.