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挖掘工作阻力的计算
矿山设备
一、土壤对铲斗挖掘的阻力
土壤对铲斗挖掘的阻力决定于许多因素，其中，最重要的是土壤本身的物理机械性质、土壤的状态和挖掘工具的构造形式及其运动轨迹、切削的形状、尺寸和速度等。
矿山设备挖掘机铲斗斗齿切入硬质土壤的情况如图3-1所示。首先，由铲斗切削边切入土壤，其切入的阻力决定于土壤的性质和状态，以及切削边的刃角！。切削边切入后，刃前的土壤先受压缩变形而后遭破坏，变形的情况和阻力决定于土壤的性质和状态、切削构件的几何形状、切削角"和切削深度C等。

图3-1正铲切削硬质土壤简图
铲斗沿着轨迹移动时的阻力有：
(1) 土壤对铲斗的箍圈和斗壁的摩擦阻力，摩擦阻力的大小决定于土壤与铲斗的摩擦系数h和后角";
(2)被切下的土壤沿铲斗的移动而造成进斗和料垛中的阻力，因为料垛是由先人斗的土壤聚集在切削边处形成的，它将妨碍后切下的土屑人铲斗；
(3)铲斗在移动过程中，料垛中的部分土壤越过铲斗中原有土壤而进人铲斗中的阻力，这种阻力也决定于土壤的性质、状态、土壤颗粒的内摩擦系数&、工作构件的轨迹和形状及挖掘角的大小等。
从上述分析可知，铲斗挖掘土壤的过程是比较复杂的。
二、铲斗挖掘的阻力计算
铲斗在挖掘时所受的总阻力!可分解如下:沿着铲斗刃切削轨迹切线方向的!i和沿着斗刃轨迹法线方向的!2。!i就是土壤对切削和移动的阻力，它是由铲斗的提升绳在铲斗的切削边上形成的Si力来克服；!2是土壤对推压的阻力，它是由铲斗的推压机构在斗的切削边上形成的S2力来克服。
当铲斗稳定运动时，就有S1=!1，S2=!2。右S1%!1时，铲斗的运动就受阻，此时需减少切削厚度;若S1>!1时，铲斗作加速运动。当S2%!2时，铲斗就被挤出；当S2>!2，时，铲斗刃继续切人土壤。
目前，还没有一套比较完善的计算铲斗挖掘阻力的方法。通常是根据由实验研究和理论分析所得的经验公式和数据来计算。
表3-1挖掘比阻力MPa
土壤名称
土壤级别
单斗挖掘机
正铲
拉铲刨铲
松砂
1
1.6-2.5
2.8*4.5
砂、砂土、轻的砂土、黏土
1
3.0-7.0
6.0*12.0
砂质黏土、小块和中块砾石轻湿松黏土

6.0*13.0
10.0*19.0
中等黏土、弄松的重黏土、结实的砂黏土
#
11.5*19.5
16.0*26.0
重黏土
$
20.0*30.0
26.0*40.0
稍带水泥的砾石
$
23.5*31.0
31.0*41.0
夹有小石块重砾岩、泥灰土轻的页岩、干的重黏土
V
28.0*32.5
37.0*42.0
爆破不好夹大石块的重砾岩及铁矿石
V、VI
22.5*25.0
28.0*31.0
爆破不好夹大石块的重砾岩
&
44.5*47.0
53.0*60.0
爆破不好的铁矿石
V
38.0*42.5
47.5*53.0
淤泥

2.0*3.0
4.0*5.0
表3-1中所列的数据适用于装有斗齿的矩形铲斗，的下限相当于该类土壤中较潮湿和较松软的情况;^的上限则相当于土壤不均匀和含有夹杂物较多的情况。当斗容量小于0.4~0.5m3时，〜值将增大5%*15%，而当斗容量大于3m3时，〜值将减小5%*15%。斗容越大，铲取斗刃越宽，~值的减少趋势越凸显。
当f倾钭切削时，即在切削边与运动方向间的夹角不等于90。时，必须考虑表3-2中所列的修正值，由实验确定，其值见表3"3。
表3-2倾斜切割时的阻力（以直线正向切割时阻力的％表示
切割边与其运动方向之夹角（。)

!2

以倾斜切割时阻力的％表示
>
^40。
64*72
39*50
61*78
100

^60°
72*92
55*78
64*90
122*128

90°
88*112
89*100
89*100
138*156
表3-3根据实验所得的^值
土壤
级别
工作装置
!2
!=」x10%
!1

最小
中等
最大
砂
1
正铲
20
51
80
砂黏质土
#
正铲
20
35
62
黏土
$
正铲
23
42
65
稍带水泥的砾石
%、
正铲
21
34
42
爆破的铁矿石、岩石、结实的砾石

正铲
29
63
104
表3-3中所列的小值是指最高负荷的情况，在铲斗整个挖掘过程中，彡的平均值一般为30%~40%。^值不仅决定于土壤的级别，而且受土壤中的夹杂物影响很大。当切削边形状合理、土质均匀而不含夹杂物时，^!0.1.0.5;当不是理想状态时，^值将增大
0.5~1.0倍或更多;在爆破不好的岩石中工作时，值将更大。

对于不装斗齿并具有向前突出的半圆形锐利切割边的铲斗，既可保证倾斜切割，又可减少装土阻力。若是正铲斗，建议将表3-1中的降低10%~20%选用。
经验指出，当铲斗的切割边宽度b大于50cm，切割周边的结构使侧壁不参加切割或很少参加切割时，利用"值和公式来计算是适合的。求出!1和!2后，！即可求出。反铲的计算和正铲相似。因反铲一般用于较轻级的土壤，所以"取较小值即可。
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