Экскаватор траншейный роторный ЭТР 254 с многоковшовым рабочим органом

Ротор5.cdw

Порядок расположения зубьев на ковше при ширине траншеи 1800 мм.
Порядок расположения зубьев на ковше при ширине траншеи 2100 мм.

ВО5.cdw

Глубина траншеи максимальная 2500 мм.
Ширина траншеи максимальная 2100 мм.
База специальная с использованием
узлов трактора К-701
Мощность двигателя 211 кВт
Частота вращения 1900 обмин
Ширина гусениц 600мм.
Техническая производительность в грунтах
первой категории 1200 м
Количество ковшей 24 шт.
Диаметр ротора (по кромкам зубьев) 4500 мм.
Частота вращения ротора 12 обмин.
Скорость резания 18 мс.
Транспортер ленточный двухсекционный:
Ширина ленты транспортера 1600 мм.
Скорость движения ленты 5 мс.
Механизм подъема транспортера -
гидравлический стрелой и цилиндром.
Среднее удельнон давление на грунт МПа:
- в транспортном положении 008
- в рабочем положении 015
Габаритные размеры (транспортное положение) мм.:
- ширина без транспортера 3200
- высота максимальная 4770

ЭТР 254.docx

Конструктивная схема экскаватора 4-6
Расчет основных параметров экскаватора . .6-11
Тяговый расчет ЭТР в рабочем режиме 11-14
Расчет параметров транспортера ..14-17
Расчет мощности двигателя ..17-19
Расчет механизма передвижения .19-20
Расчет привода ротора . ..20-21
Расчет коробки перемены передач ..21-23
Список литературы 24
Многоковшовый экскаватор (англ. excavator от лат. excavo — долблю) - землеройная машина непрерывного действия для копания и перемещения грунта. Рабочим органом являются непрерывно движущиеся ковши закрепленные на бесконечной цепи ленте или роторе. Усилие копания создается за счет перемещения ковшей относительно корпуса машины. По сравнению с одноковшовыми экскаваторами характеризуются большей производительностью но менее универсальны. Применяются для выполнения больших объемов земляных работ в дорожном мелиоративном и гидротехническом строительстве для разработки траншей при прокладке трубопроводов и кабельных линий в военном деле для рытья окопов для добычи полезных ископаемых при проведении дноуглубительных работ на водоёмах.
Такие экскаваторы получили своё название ввиду наличия у них специального устройства – ротора на котором крепятся ковши. Именно о таких экскаваторах и пойдёт речь в данной работе. В ней произведён расчёт некоторых параметров экскаватора в целом и рабочего оборудования. Также прилагаются чертежи некоторых элементов машины.
КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА ЭКСКАВАТОРА.
Роторные траншейные экскаваторыпредставляют собой навесное или полуприцепное к переоборудованному гусеничному трактору землеройное оборудование и предназначены для разработки траншей прямоугольного и трапецеидального профиля в однородных немерзлых грунтах I IV категорий не содержащих крупных каменистых включений (до 300 мм) а также в мерзлых грунтах при глубине промерзания верхнего слоя до 11 15 м. Глубина отрываемых ЭТР определяется диаметром ротора. Увеличение глубины копания связано со значительным возрастанием диаметра и массы ротора и поэтому рациональный предел глубины копания для ЭТР не превышает 3 м.
Передача энергии от дизеля тягача к основным исполнительным механизмам (роторному колесу отвальному конвейеру гусеничному движителю) и вспомогательному оборудованию (механизмам подъема рабочего органа и конвейера) осуществляется с помощью механической гидравлической или электромеханической трансмиссии. Широкое распространение в городских условиях получили ЗТР с одномоторным приводом и механической трансмиссией конструктивные и кинематические схемы которых имеют мало различий.
Рассмотрим в качестве примера типовую конструкцию ЭТР с механической трансмиссией предназначенного для рытья траншей глубиной до 20 м и шириной 12 м (рис. 1 а).
Рисунок 1. Схема роторного траншейного экскаватора.
Экскаватор состоит из гусеничного тягача 1 и навесного рабочего органа для рытья траншей и отброса грунта шарнирно соединенных между собой в вертикальной плоскости. Рабочий орган машины — опирающийся на четыре пары роликов 8 жесткий ротор' 12 с 14 ковшами 11 внутри которого помещен поперечный двухсекционный ленточный конвейер 7 состоящий из горизонтальной и наклонной (откидной) секций. Позади ротора установлен зачистной башмак 10 для зачистки и сглаживания дна траншей. У тягача уширен и удлинен гусеничный движитель для повышения устойчивости и проходимости машины и исключения возможного обрушения стенок траншеи при движении над ней тягача.
В трансмиссию тягача включен гидромеханический ходоуменьшитель для бесступенчатого регулирования рабочих скоростей движения машины при копании траншей. На тягаче установлена дополнительная рама с размещенными на ней механизмами привода и подъема-опускания рабочего органа. Рама имеет две наклонные направляющие по которым с помощью пары гидроцилиндров 2 и двух пластинчатых цепей 4 гидравлического подъемного механизма перемещаются ползуны переднего конца рамы рабочего органа при переводе его из транспортного положения в рабочее и наоборот. Подъем и опускание задней части рабочего органа (рис. 4.38 б) осуществляются парой гидроцилиндров 3 штоки которых шарнирно прикреплены к верхней части стоек связанных с задним концом рамы цепями 5. При копании траншей задняя часть рабочего органа находится в подвешенном состоянии. Установка откидной части ленточного конвейера в наклонное рабочее положение и опускание ее при транспортировке машины производятся гидроцилиндром через полиспаст с траверсой. Изменением угла наклона откидной части конвейера достигается различная дальность отброса грунта в сторону от траншеи.
Роторное колесо состоит из двух кольцевых обечаек 6 (рис. 4.39) связанных между собой ковшами 1 и поперечными стяжками 3. Каждый ковш открыт с двух сторон и имеет в передней части карманы 4 для крепления сменных зубьев 5 а в задней — цепное днище 2 способствующее лучшей разгрузке ковша особенно при разработке вязких и увлажненных грунтов. С наружной стороны колец ротора приклепаны секции круговых зубчатых реек 7 находящиеся в постоянном зацеплении с двумя ведущими шестернями 8 механизма привода роторного колеса. В зависимости от грунтовых условий ковши ротора оснащаются сменными зубьями-клыками двух типов: с наплавкой передней режущей грани для разработки немерзлых грунтов и армированных твердосплавными износостойкими пластинами для мерзлых. Специальная расстановка зубьев на ковшах позволяет вести разработку тяжелых и мерзлых грунтов крупным сколом и обеспечивает хорошую наполняемость ковша при работе в легких грунтах.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКСКАВАТОРА.
Размеры ротора и ковшей.
Размеры ротора и ковшей рассчитывают в зависимости от размеров траншей. Диаметр ротора в предварительных расчетах определяют по формуле:
Dр=(175÷185)Hmax (1)
где Dp - диаметр ротора по зубьям ковшей м; Нтах - максимальная глубина отрываемой траншеи м.
Размеры ковшей определяются по зависимостям:
вк = 09В; hk = (05 ÷06)В; lk = (04 ÷06) Тк (2)
где вк hk В - ширина траншеи; Тк - шаг ковшей. Шаг ковшей определяют по зависимости:
Здесь z - число ковшей. В зависимости от размеров траншеи и ротора современные траншейные экскаваторы имеют от 10 до 16 ковшей.
вк = 0921=189 м; hk = 05 21=105 м; lk =05118=059 м.
Расчет скорости резания.
В роторных траншейных экскаваторах разгрузка ковшей осуществляется под действием силы тяжести грунта. Поэтому скорость резания рассчитывают из условий гравитационной разгрузки и обеспечения траектории при которой фунт попадает на ленту транспортера. При расчете скорости резания учитывают следующие условия ограничивающие скорость резания:
скорость резания должна обеспечить гравитационную разгрузку;
траектория падающего грунта должна быть такой чтобы грунт попадал на транспортер;
грунт должен выгрузиться из ковша раньше чем ковш пройдет зону разгрузки. При расчете скорости резания определяют критическое число оборотов nкр при котором центробежная сила равна силе тяжести грунта (рис.2):
где G - сила тяжести грунта; с - центробежная сила; φ - угол при котором начинается разгрузка ковша в расчете принимают φ =60°.
c=mv2R=42mRрnкр602; G=mg (5)
nкр - число оборотов ротора. Приравнивая c и G получим:
mRрnкр602sinφ=mg (6)
Считая что числовое значение 2 равно g получим:
Фактическое число оборотов ротора принимают:
Рисунок 2. Схема к расчету скорости ротора.
Для обеспечения попадания грунта на ленту транспортера строят траектории падения частиц грунта расположенных на внешнем и внутреннем радиусах ковша (рис. 2 ).
Путь который проходит частица в горизонтальном направлении:
Путь проходимый той же частицей в вертикальном направлении:
y=X(tgα-g2XVi2cos2α) (11)
По полученной формуле строят траектории полета частиц грунта. Угол начала разгрузки при предварительных расчетах принимают равным 30º. Ширина ленты транспортера с бортами должна быть не менее длины ковша с учетом траектории падения грунта. Ориентировочно длину сектора разгрузки принимают равной:
где Lр - длина сектора разгрузки; bл - ширина ленты транспортера.
Время прохождения ковшом зоны разгрузки t1 будет:
где Vк - окружная скорость ротора мсек.
Vк=314451260=283 мс.
Время выгрузки частиц грунта из ковша t2 можно принять:
Необходимо обеспечить условие t1>t2.
У современных роторных экскаваторов скорость резания составляет 16÷27 мсек. Современные модели ЭТР имеют несколько скоростей резания что обеспечивает работу экскаватора в различных грунтовых условиях.
Производительность ЭТР.
Производительность техническую ЭТР определяет по формуле:
Пт=60qzкnрkнkр м3ч (15)
где q – емкость ковша м3; zк - число ковшей на роторе; nр - число оборотов ротора; kн - коэффициент наполнения; kр - коэффициент разрыхления.
Пт=60015241208125=1658 м3ч.
Скорость рабочего хода.
Скорость рабочего хода находят по формуле:
где B - ширина траншеи м; H - глубина траншеи м.
Так как экскаваторы работают на различных грунтах и отрывают траншеи различного поперечного сечения то они имеют несколько рабочих и транспортных скоростей.
Максимальная скорость достигается на легких грунтах при минимальном сечении траншеи минимальная - при максимальном сечении траншеи при работе на грунтах IY категории. Экскаваторы предназначенные для работы в мёрзлых грунтах имеют ещё ряд пониженных скоростей. Количество передач составляет обычно от 4 до 12. Рад скоростей разбивают по геометрической прогрессии.
По рекомендации Г.Д.Романюка можно принимать:
На современных роторных экскаваторах применяют гидропривод механизма передвижения позволяющий бесступенчато регулировать скорость обеспечивая оптимальный режим на любых грунтах.
ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ЭТР В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ.
Суммарное тяговое усилие необходимое для передвижения экскаватора определяют по формуле (рис. 3):
T=Nа+f1Gт+RА+Gт+Gрsinα (17)
где Gт - сила тяжести базового тягача Н; Nа - горизонтальное усилие действующее на тягач со стороны рабочего органа в шарнире А Н; Ra - вертикальное усилие действующее на тягач со стороны рабочего органа в шарнире А Н; Gр - сила тяжести рабочего органа Н; f1 - коэффициент сопротивления передвижению гусеничного хода базового тягача (f1=012÷015).
Рисунок 3. Схема к тяговому расчету ЭТР.
Усилия в шарнире А и реакцию на опорном колесе найдем рассматривая равновесие рабочего оборудования (рис. 4):
Σ MA=Gрlцтр-RBl+f2m+Σ PK
Σ y= Gр+ Σ PKiB+PNiB-RB-RA=0 (18)
Здесь f2 - коэффициент сопротивления качения опорного колеса f2=015; PK PKir - горизонтальная составляющая касательного сопротивления копанию i-го ковша.
PK PK PKir=PKicosφi (19)
Здесь K1 - удельное сопротивление копанию; ti – толщина срезаемой стружки грунта.
φ PN PNir - горизонтальная составляющая нормального сопротивления копанию i-го ковша.
Рисунок 4. Схема к тяговому расчету ЭТР в рабочем режиме.
PKi=150950176=285 кН
Тяговый расчет можно выполнить и графоаналитическим методом используя известные методы кинетостатистики. В данном случае следует определить графоаналитическим способом результирующее усилие в шарнире и затем расчет не отличается от вышеизложенного по формуле суммарного усилия действующего на базовый тягач.
RB=5519+278-09117-202-06132431+018324
RB=1045+318-4514893=2109
Na=202+061+0182109=642
RA= 55+278+091-2109=376
Зная реакции найдем тяговое усилие:
T=642+018350+376+350+55032=642+6966+1296=2057 кН
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТЕРА.
Исходные данные к расчету транспортера: техническая производи-тельность Пт и угол наклона транспортера к горизонту.
Цель расчета: определить длину транспортера ширину ленты мощность на привод транспортера.
Производительность транспортера определяют по формуле:
где F - площадь поперечного сечения грунта на ленте; Vл - скорость ленты мсек. У современных роторных экскаваторов принимают Vл=4÷5 мсек; C- коэффициент учитывающий влияние угла подъема транспортера α. Значения коэффициента C в зависимости от угла α:
Для плоской ленты площадь поперечного сечения грунта можно выразить через ширину ленты по формуле:
С учетом этих зависимостей производительность транспортера с плоской лентой можно определить:
Приравнивая производительность транспортера максимальной технической производительности экскаватора находят ширину ленты транспортера. Для плоской ленты:
Bл=Птр max150VлC м (24)
Bл=16581505083=164 м.
Рисунок 5. Схема к расчету параметров транспортера
Длину транспортера L определяют из технических условий по которым длина транспортера и расстояние от оси отвала l должны обеспечить необходимую величину бермы у грани траншеи (рис. 5). Величина a принимается 1 м. Из расчетной схемы имеем:
Принимаем l=lB где lB - дальность полета частиц.
L=1652+053+162-135=8 м.
Величину основания треугольника получим приравнивая площадь треугольника площади траншеи умноженной на коэффициент разрыхления:
Угол основания треугольника равен углу естественного φ2 тогда:
Длина транспортера L должна обеспечить разгон грунта до скорости ленты и наличие некоторого участка установившегося движения. Возможная скорость на ленте определяется по формуле:
V=V02+2gL(cosα-sinα) (29)
где V0 - начальная скорость грунта. Для ЭТР с поперечным расположением транспортеров V0=0; 0=065 – коэффициент трения грунта о ленту транспортера; α - угол наклона транспортера.
V=0+29818(065096-028)=734 мс.
Мощность на привод транспортера:
Nтр=Kg1LVл1000+Птγ3600+tgαLрcosα (30)
К - коэффициент учитывающий влияние дополнительных сопротивлений возникающих на концевых барабанах в загрузочном бункере и на очистном устройстве; при отсутствии этих устройств К=1.
Принимаем =003 для плоской ленты; g1 - погонная сила тяжести подвижных частей транспортера (g1=1100); γ – объемный вес грунта (γ=15 тм3).
Lр=L+(+tgα+2VлVл+V0-1)l0 (31)
где l0 - длина участка на котором происходит разгон грунта до скорости ленты:
l0=Vл2g(cosα-sinα) (32)
l0=7342981(065096-028)=138 м.
Lр=8+065+0030287+0032734734+0-1138=125 м.
Nтр=0031100851000+1658153600003+0287125094
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ.
Мощность двигателя можно определить по приближенной методике. Мощность на копание грунта:
где К1 - удельное сопротивление копанию принимаем К1=20000 кгм2.
Nк=156820000270103=1162 л.с.
Мощность на резание грунта боковыми откосниками (при отрывании трапецеидальных траншей):
Nф=FфVрхК1270103 (34)
F – полная площадь траншеи м2; BкH – площадь траншеи вырезаемая ротором м2; Vрх - скорость рабочего хода мчас.
Fф = F - BкH = 8 - 6 = 2 м.
Nф=2315920000270103=466 л.с.
Мощность затрачиваемая на разгон частиц грунта до скорости ротора:
Nраз=ПтγVр2g540103 (35)
где γ - объемная масса грунта; g - ускорение свободного падения.
Nраз=1658150008981540103=3755
Мощность на подъем грунта до места выгрузки:
Nп=Птγ270(H2+H0) (36)
где H0 - высота от поверхности грунта точки разгрузки (H0=39).
Nп=165815270252+38=4652
Суммарная мощность на привод ротора:
Nр=Nк+Nраз+Nпр+Nфф (37)
где р - КПД привода ротора; ф - КПД привода боковых фрез.
Nр=1162+466+4652093+3755094=2528
Мощность на передвижение экскаватора:
Nпер=TVрх270103тргус (38)
Где T - суммарное тяговое усилие в рабочем режиме кг; Vрх - скорость рабочего хода мч; тр - КПД трансмиссии; гус - КПД гусеничного хода.
Nпер=205700981315927010308709=3134
Nдв=Nр+Nпер+Nтр+Nг (41)
Nг - мощность на работу гидронасоса (Nг=006Nдв). Тогда:
Nдв=Nр+Nпер+Nтр+006Nдв
Nдв=Nр+Nпер+Nтр094=2528+3134+(39136)094=3079 л.с.
РАСЧЁТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ЭКСКАВАТОРА.
В состав расчетов механизма передвижения экскаватора входит: определение диапазона транспортных скоростей и расчет трансмиссии от выходного вала коробки передач до ведущей звездочки гусеничной цепи.
Максимальная скорость может быть определена из рассмотрения случая движения машины по горизонтальному пути при хороших дорожных условиях:
vmax=Neн3670f0G (42)
где Neн – номинальная мощность двигателя кВт;
- суммарный КПД привода механизма (=081);
f0 - коэффициент сопротивления движению (f0=006);
G - сила тяжести экскаватора Н.
vmax=2400813670006400000=29727 кмч
Минимальную скорость передвижения экскаватора определяют из условия преодоления подъема при тяжелых дорожных условиях:
vmin=Neн3670G(f0cosγ+sinγ) (43)
где γ - угол наклона пути (γ=12°).
vmin=2400813670400000(0059+0208)=668 кмч
Установив таким образом диапазон транспортных скоростей разбивают его на ряд скоростей n (n=4÷6) по геометрической прогрессии. При этом знаменатель геометрической прогрессии будет равен:
РАСЧЁТ ПРИВОДА РОТОРА.
Согласно принятой кинематической схеме определяют общее передаточное число i0 от двигателя до приводного вала:
где nен – номинальная частота вращения вала двигателя обмин.
Максимальный крутящий момент на приводном валу:
Mmax=089750Nентnен (46)
где Nен - номинальная мощность двигателя кВт;
т - КПД трансмиссии (т=08÷085).
Mmax=089750240081900=7882 Нм
РАСЧЁТ КОРОБКИ ПЕРЕМЕНЫ ПЕРЕДАЧ.
Расчет коробки перемены передач производят в следующем порядке.
Определяют максимальную и минимальную скорости на рабочем и транспортном режимах. Максимальную скорость передвижения в рабочем режиме определяют по формуле:
Vmax=Пт maxBH мч (47)
Минимальную скорость принимают равной:
Vmin=(005÷01)Vmax (48)
Определяется знаменатель геометрической прогрессии:
Задаваясь числом передач в рабочем и транспортном режиме определяют скорости движения на каждой передаче по формулам:
v2=v1 q=3159139=4391 мч
v3=v1 q2=3159193=6096 мч
v4=v1 q3=3159262=8277 мч
v5=v1 q4=3159362=11436 мч
v6=v1 q5=3159499=15763 мч
v7=v1 q6=315969=21797 мч
v8=v1 q7=3159953=3025 мч
После определения скоростей находят число оборотов ведущей звездочки гусеничного хода на каждой передаче:
nзгi=vi0377rзг обмин (50)
rзг - радиус ведущей звездочки гусеничной цепи м.
При предварительных расчетах rзг принимается по аналогии с наиболее близкими по основным параметрам существующими конструкциями экскаваторов.
nзг1=31590377047=1783
nзг2=43910377047=2478
nзг3=60960377047=3441
nзг4=82770377047=4671
nзг5=114360377047=6454
nзг6=157630377047=8816
nзг7=217970377047=12301
nзг8=30250377047=17072
Далее рассчитывают общее передаточное число трансмиссии от двигателя до ведущей звездочки гусеничной цепи на каждой передаче по формуле:
Гарбузов З.Е. Донской В.М. Экскаваторы непрерывного действия. Учеб. Для СПТУ. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. Шк. 1987.
Алексеева Т.В. Артемьев К.А. «Дорожные машины». Часть 1. «Машины для земляных работ». Учебник. Москва 1972.
Машины для земляных работ: Учебник для студентов вузов по специальности "Подъемно-транспортные строительные дорожные машины и оборудование" Д.П. Волков В.Я. Крикун П.Е. Тополин и др.: Под общ. ред. Д.П. Волкова – М.: Машиностроение 1992
Белецкий Б.Ф. Строительные машины и оборудование: Справочное пособие (для производственников студентов вузов факультетов и техникумов) – Ростов нД: Феникс 2002.
Н.Г. Домбровский. Строительные машины. Учеб для студентов вузов. М.: Высш шк 1985 -224 с.

Чертеж.cdw

Экскаватор траншейный
роторный. Задний мост