Экскаватор на базе трактора МТЗ с прямой лопатой

Содержание экскаватор.doc

Обзор литературных источников . ..4
Расчет основных параметров 16
Расчет параметров оборудования механизмов
Тяговый расчет экскаватора . .23
Технологические схемы работ экскаватора .25
Расчет производительности 28
Техника безопасности при работе одноковшовых экскаваторов.. .30
Список использованных источников .32

РО.dwg

Рабочее оборудование
Размеры для справок.
Трущиеся поверхности смазать смазкой Литол-24.
Остальные ТТ по СТБ 1022-96.

Чертеж общего вида.dwg

Экскаваторное оборудование
Погрузочное оборудование
Базовая машина трактор МТЗ 82.
Тип рабочего оборудования прямая лопата
Объем экскавационного ковша
Техническая характеристика
Размеры для справок.

ПЗ мтз прямая лопата .doc

В данном курсовом проекте рассмотрен экскаватор с гидравлическим приводом рабочего оборудования.
Пояснительная записка содержит 36 страниц 11 рисунков 3 листа А1 .
Содержание записки рассматривает следующие вопросы:
Обзор литературных источников по теме проекта;
Определение основных параметров;
Расчет производительности.
ГРУНТ КОВШ СТРЕЛА РУКОЯТЬ МОЩНОСТЬ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ.
В процессе выполнения данного курсового проекта изучен принцип действия и алгоритм проектирования экскаватора с гидравлическим приводом рабочего оборудования прямой лопаты.
Любой строительный процесс начинается с производства земляных работ т. е. разработки грунта перемещению его или погрузки на транспортные средства. Так для устройства оснований или фундаментов любого здания или сооружения отрывают котлованы необходимых размеров и глубины а для прокладки наружных сетей трубопроводов — траншеи. Иногда для устройства таких сооружений как плотины дамбы или дороги устраивают насыпи причем с укаткой грунта. Все они по существу являются земляными сооружениями которые по продолжительности службы могут быть временными и постоянными. Временные (котлованы траншеи) устраиваются только на период строительства зданий сооружений сетей трубопроводов а затем засыпаются грунтом а постоянные (плотины дамбы каналы) рассчитаны на продолжительный срок эксплуатации.
Земляные работы по своему удельному весу в общих объемах строительных работ являются наиболее массовыми и трудоемкими и поэтому с ними справиться ручными способами не представляется возможным. При их выполнении крайне необходимы механизированные способы работ с применением специальных землеройных и землеройно-транспортных машин. Эти машины в основном воздействуют на грунт т. е. разрабатывают его резанием — это экскаваторы различного вида; или резанием и перемещением — бульдозеры скреперы грейдеры а также путем рыхлением грунта — рыхлители уплотнения т. е. укатки — катки и т. п. Некоторые машины например воздействуют на грунт при его разработке струей воды под давлением (средства гидромеханизации) — гидромониторы землесосные снаряды либо воздействуют сколом (при разработке скальных и мерзлых грунтов) используют также энергию взрыва.
Встречающиеся на практике грунты по трудности их разработки различными землеройными или землеройно-транспортными машинами распределяются на соответствующие группы.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Одноковшовые строительные экскаваторы являются наиболее распространенным видом землеройных машин. Они служат для разработки фунта и перемещения его в отвал или для погрузки в транспортные средства. Разрабатывают они грунты I—IV групп и разрыхленные мерзлые или скальные грунты. Кроме того экскаваторы применяют на сваебойных по-грузочно-разгрузочных монтажных и других работах используя различные виды сменного рабочего оборудования. По назначению одноковшовые экскаваторы подразделяют на универсальные и специальные.
Универсальные экскаваторы оснашены несколькими видами рабочего оборудования а специальные — только одним видом такого оборудования.
В пособии рассматриваются только универсальные экскаваторы которые классифицируют по числу установленных двигателей типу привода возможности вращения поворотной части конструкции ходового устройства типу подвески и видам рабочего оборудования.
По числу установленных двигателей экскаваторы бывают одно- и многомоторными (рисунок - 1 а).
Одномоторными называют экскаваторы у которых все рабочие механизмы приводятся одним или несколькими двигателями работающими на один вал а многомоторными — у которых рабочие механизмы приводятся несколькими независимо работающими двигателями. В многомоторном экскаваторе с индивидуально-групповым приводом используют как индивидуальный так и групповой привод.
Классификация передач экскаваторов показана на рис. 1 б.
В механической трансмиссии движение от силовой установки передается с помощью зубчатых цепных клиноременных и канатных передач.
В объемном гидроприводе энергия от силовой установки передается с помощью жидкости. Объемные гидропередачи в экскаваторах применяют как без добавления так и с добавлением к ним механических передач.
В гидродинамической передаче используют гидромуфты или гидротрансформаторы.
В электродинамической передаче вместо гидромуфт или гидротрансформаторов устанавливают электромуфты.
В смешанных передачах применяют два или три типа различных передач. На большинстве экскаваторов получили распространение смешанные электромеханические или гидромеханические передачи.
По типу привода различают экскаваторы с механическим гидромеханическим гидравлическим электрическим и смешанным приводами (см. рисунок 1 а).[1]
Рисунок 1 - Типы привода (а) и передач (б) экскаваторов
Экскаватор с механическим приводом характерен применением только механических передач. Если в механическую трансмиссию экскаватора включают гидродинамическую передачу (преимущественно гидротрансформатор) то такой тип привода называют гидродинамическим.
В объемном гидроприводе первичным потребителем энергии являются насосы нагнетающие жидкость под давлением по гидросети к гидродвигателям от которых приводятся в движение рабочее оборудование и механизмы экскаватора.
При электрическом приводе передача энергии от силовой установки к механизмам машины производится как электрическим так и механическим способами.
В смешанных приводах используют 2 или 3 типа различных передач. На большинстве экскаваторов получили распространение смешанные электромеханические или гидромеханические приводы. Механическая трансмиссия в настоящее время применяется все реже. Гораздо чаще применяют гидравлический или электрический привод.
По возможности вращения поворотной части (платформы) экскаваторы бывают полноповоротными и неполноповоротными когда угол вращения ограничен.
По типу ходового устройства (рис. 2) экскаваторы подразделяются на гусеничные пневмоколесные на специальном шасси на базе самоходной машины. Гусеничные ходовые устройства бывают с минимально допустимой площадью опорной поверхности гусениц (для работы на грунтах с высокой несушей способностью) и с увеличенной поверхностью гусениц (для работы на грунтах с низкой несущей способностью).
Пневмоколесным называют экскаватор на колесном ходовом устройстве.
К экскаваторам на специальном шасси относят машины на колесном ходовом устройстве автомобильного типа.
Экскаватор на базе самоходной машины имеет ходовое устройство на базе трактора или автомобиля.
Рисунок 2 - Классификация экскаваторов по типу ходового устройства: а — гусеничный; 6— гусеничный с увеличенной поверхностью гусениц; в— пневмоколесный; г — на специальном шасси; д — на базе трактора
В этом случае экскаватор называют также навесным.
По типу подвески рабочего оборудования (рис. 3) различают экскаваторы с гибкими элементами (преимущественно канатами) для удержания и приведения в действие рабочего оборудования (гибкая подвеска) и с жесткими элементами — преимущественно гидравлическими цилиндрами (жесткая подвеска).
По видам рабочего оборудования их классификация представлена на рис. 4.
Прямая лопата разрабатывает грунт выше уровня стоянки: ковш укрепленный на рукояти копает в направлении от экскаватора т. е. «от себя». Различают маятниковые и напорные прямые лопаты. У маятниковой рукоять совершает только маятниковое движение относительно стрелы.
Обратная лопата предназначена для разработки грунта ниже уровня стоянки: ковш укрепленный на рукояти копает в направлении к экскаватору т. е. «на себя». Боковую обратную лопату используют для работы в стесненных условиях.
Рисунок 3 - Классификация экскаваторов по типу подвески рабочего оборудования: а — с гибкой подвеской; б — с жесткой подвеской
Рабочее оборудование которое монтируют из узлов прямой и обратной лопат называют универсальной лопатой.
Для послойной разработки грунта применяют планировочное оборудование с ковшом или ножом. Для планировочных работ используют также рабочее оборудование с рабочим органом укрепленным на стреле изменяющей при работе свою длину и поворачивающейся в вертикальной плоскости. Такое оборудование называют землеройно-платровочным.
При больших глубинах копания грунт ниже уровня стоянки разрабатывают драглайном с помощью ковша подвешенного на канатах. Каналы очищают боковым драглайном.
Погрузочные и разгрузочные операции с сыпучими грунтами и дроблеными породами а также копание колодцев с вертикальными стенками очистку прудов и каналов выполняют рабочим оборудованием грейфера снабженным захватывающим ковшом.
Для рыхления прочных и мерзлых грунтов вместо ковша обратной лопаты гидравлического экскаватора устанавливают гидромолот.
С помощью кранового оборудования устанавливаемого на экскаваторах выполняют перегрузочные и монтажные работы.
Для забивки свай на экскаватор устанавливают копер.
До недавнего времени в индексе экскаваторов указывались только вместимость ковша и порядковый номер модели (например Э-301 — экскаватор с ковшом 03 м3 порядковый номер модели 1; Э-652А — с ковшом 065 м3 модель 2 прошедшая 1 модернизацию; Э-10011 — с ковшом 1 м3 модель 11; Э- 1252Б — с ковшом 125 м3 модель 2 прошедшая 2 модернизацию и т. д.).
Одноковшовые гидравлические экскаваторы обладают преимуществами по сравнению с экскаваторами с механическим приводом. Так гидравлический привод расширяет технологические возможности экскаваторов с различными видами рабочего оборудования. Например при использовании обратной лопаты увеличивается заполнение ковша за счет больших усилий копания (так как сопротивление грунта копанию воспринимается через стрелоподъемные цилиндры массой всего экскаватора) что повышает производительность машины. Появляется возможность копания только поворотом ковша при неподвижной (относительно стрелы) рукояти что позволяет выполнять работы например в городских условиях т. е. в непосредственной близости от подземных коммуникаций где требования к безопасности ведения работ часто вынуждают использовать ручной труд.
Рисунок 4 - Основные виды исполнения рабочего оборудования:
— прямая лопата; 2 — маятниковая прямая лопата; 3 — напорная прямая лопата; 4 — прямая лопата со створчатым ковшом; 5 — обратная лопата; 6— боковая обратная лопата; 7— погрузочное оборудование; 8— планировочное оборудование; 9 — землеройно-планировочное оборудование с телескопической стрелой; 10 — зем-леройно-ппанировочное оборудование со смещаемой осью копания; 11 — драглайн; 12 — боковой Драглайн; 73 — канатный грейфер; 14 — жесткий грейфер; 15 — крановое оборудование; 16 — копер.
При использовании оборудования погрузчика достигаются близкоя к горизонтальной плоскости движение режущей кромки ковша и большее его заполнение.
При использовании грейфера эффективность копания обеспечивается благодаря воздействию массы всего экскаватора.
Такой экскаватор успешно отрывает приямки колодцы а также перегружает длинномерные штучные грузы (например бревна).
Имеются также экономические преимущества экскаваторов с гидравлическим приводом. Так расширение номенклатуры сменного рабочего оборудования и их специфическая кинематика а также независимое регулирование скоростей совмещаемых рабочих движений позволяют механизировать те работы которые ранее выполнялись вручную.
Рисунок 5- Структура индекса универсальных одноковшовых экскаваторов
В настоящее время в индексе экскаватора (рис. 5) — четыре цифры обозначающие: размерную группу машины тип ходового устройства конструктивное исполнение рабочего оборудования и порядковый номер модели. Кроме того используются дополнительные буквенные обозначения порядковой модернизации машины и ее климатического исполнения.
Например индекс ЭО-3322АТ обозначает: экскаватор одноковшовый универсальный 3-й размерной группы на пневмоколесном ходовом устройстве с жесткой подвеской рабочего оборудования.
Унификация элементов гидропривода создает реальные возможности для организации производства гидравлических экскаваторов и выпуска необходимых типоразмеров экскаваторов. Значительно уменьшается номенклатура запасных частей для эксплуатируемых экскаваторов и создается возможность применения агрегатного метода их ремонта а следовательно уменьшаются их простои и увеличивается время полезного их использования. За счет автоматизации управления повышается производительность экскаваторов а вследствие автоматизации их привода экономятся энергетические ресурсы и повышается КПД машин.
Сокращение времени технического обслуживания машины позволяет уменьшить число обслуживающего персонала.
Рассмотрим примеры наиболее часто применяемых одноковшовых гидравлических экскаваторов.
Неполноповоротный экскаватор ЭО-2621В-3 (рис. 6) относящийся ко 2-й размерной группе предназначен для механизации земляных и погрузочных работ небольших объемов. Его монтируют на пневмоколесном тракторе ЮМЗ-6КЛ. Эта машина предназначена для разработки грунтов I—IV групп и погрузки сыпучих и мелкодробленых материалов. Машина оборудована рабочим оборудованием двух видов: экскаваторным и бульдозерным. Всего же машина может быть оснашена 22 видами сменного рабочего оборудования и рабочих органов.
Основной рабочий орган экскаваторного оборудования — ковш 025 м3 прямой и обратной лопаты. Кроме того экскаватор может быть оснащен погрузочным ковшом 05 м3 крановой подвеской вилами телескопической рукоятью грейфером обратной лопатой со смещенной осью копания гидромолотом зубом-рыхлителем захватом буровым оборудованием профильным и специальными ковшами.
Ковшом обратной лопаты отрывают небольшие котлованы ямы с отвесными стенками траншеи для подземных коммуникаций неглубокие каналы. Профильным ковшом очищают мелиоративные каналы.
Ковшом прямой лопаты разрабатывают мелкие забои расположенные выше уровня стоянки машины производят зачистные работы в котлованах погрузку сыпучих и мелкокусковых материалов.
Решетчатым ковшом грузят крупнокусковые материалы.
Ковшом грейфера отрывают колодцы очищают траншеи и каналы грузят различные материалы и породы.
Погрузочный ковш используют для легких зачистных работ и погрузки мусора снега и других материалов.
Крановую подвеску применяют на погрузке и разгрузке штучных грузов на укладке трубопроводов и установке столбов.
Вилами пользуются при погрузке.
В передней части трактора устанавливают бульдозерное оборудование которое используют для засыпки траншей очистки дорог сгребания строительного мусора. Его можно применять для работы с грунтами до II группы включительно.
Гидромолот и зуб-рыхлитель используют для вскрытия асфальтового покрытия. Кроме того зубом-рыхлителем можно взламывать корку мерзлого грунта толщиной до 300 мм. Гидромолотом вскрывают также бетонные покрытия дробят бутовые камни и мерзлый грунт. Гидромолотом оборудованным трамбовочной плитой уплотняют насыпные грунты.
Обратной лопатой со смещенной осью копания отрывают траншеи вблизи зданий и сооружений. Узкие траншеи для прокладки кабеля отрывают специальным ковшом. С помощью захвата грузят бревна и другие штучные материалы. Буровым оборудованием отрывают шурфы различного диаметра на глубину до 2 м.
В отличие от предыдущих моделей на экскаваторе ЭО-2621В-3 установлен новый унифицированный ковш 025 м3 прямой и обратной лопат который имеет более рациональную конструкцию. Этот ковш более жесткой конструкции днише его не открывается; существенно повышена долговечность. Угол поворота ковша увеличен за счет применения шести-звенного механизма.
Для улучшения рабочих параметров машины особенно с основным оборудованием «обратная лопата» применена удлиненная рукоять что позволило увеличить такой важный показатель как глубина копания с 35 до 415 м.
С целью повышения срока службы рабочего оборудования на гидроцилиндре ковша установлен разгрузочный клапан.
Устойчивость экскаватора при работе возросла за счет введения гидрозамков в конструкцию гидроцилиндров выносных опор и отвала бульдозера. Для обеспечения надежной работы усилена металлоконструкция бульдозерного оборудования. Рабочее оборудование монтируют на рамах 18 (см. рис. 6) и 20 крепление которых выполнено таким образом чтобы разгрузить остов трактора. Бульдозерный отвал 21 с помощью гидроцилиндра 19 можно устанавливать на разной высоте. Кроме основного назначения отвал выполняет также роль противовеса. Для повышения устойчивости экскаватора в работе к раме 18 крепят выносные опоры 13. С помощью двух гидроцилиндров 14 опоры опускают на грунт или во время движения машины поднимают вверх.
На раме 17 смонтированы также поворотная колонна 15 и механизм поворота экскавационного рабочего оборудования состоящего из стрелы 8 рукояти 9 и ковша 11. Каждой из этих сборочных единиц управляют с помощью одного (стрела и ковш) или двух гидроцилиндров (рукоять). Жидкость к этим гидроцилиндрам подают под давлением от насосной установки 16. Запас рабочей жидкости для гидросистемы находится в баке 2.
Машиной управляют путем перемещения золотников гидрораспределителя 5. Сиденье машиниста может быть повернуто на 180°. При одном его положении машинист управляет трактором во время передвижения а при другом — работой экскаватора. Для удобства обслуживания топливный бак 1 вынесен в переднюю часть трактора.
Замену рабочего оборудования машинист выполняет в течение часа с помощью крана грузоподъемностью до 025 т. При отсутствии подъемных средств для перемонтажа необходимо участие второго рабочего.
Системой привода полностью определяются производительность машины качество выполнения земляных работ рациональное совмещение рабочих операций максимальное использование мощности силовой установки.
На отечественных экскаваторах наиболее распространена двухпоточная система привода в которой рабочая жидкость от двух или трех насосов (секций насоса) подается в две напорные линии. В экскаваторах имеются две гидравлические системы с одним общим баком.
Рабочее оборудование устанавливают на поворотном корпусе колонны. Ковш 4 (рис. 7 а) крепят на оси 3 и через тяги 2 соединяют с гидроцилиндром 1. Так же монтируют на рукояти ковши 5 6 и 7 и зуб-рыхлитель 8. При монтаже вилочного захвата вилы крепят неподвижно на рукояти болтами а захват устанавливают шарнирно на оси 3 рукояти.
Рисунок 6 - Экскаватор ЭО-2621В-3.
— топливный бак; 2 — бак рабочей жадкости; 3 — кабина машиниста; 4 — рычаг управления; 5 — гидрораспределитель; 6 — гидроципиндр стрелы; 7 — гидроципиндр рукояти; 8 — стрела; 9 — рукоять; 10 — гццроцилиндр ковша;11 — ковш; 12 — рычаг; 13 — выносная опора; 14 — гидроцилиндр опоры; 15 — поворотная колонна; 16 — насосная установка; 17 18— рамы; 19— гидроцилиндр отвала бульдозера; 20— рама отвала; 21 — отвал бульдозера.
При переоборудовании на прямую лопату (рис. 7 б) ковш 4 располагают зубьями наружу и закрепляют на нижней вилке рукояти тягами. Штоки гидроцилиндров 12 закрепляют в нижнем отверстии рукояти. Таким же образом монтируют ковши 13 14 и 15.
Перед установкой грейфера отсоединяют рукава гидроцилиндра 1 ковша штоки гидроцилиндров 12 и саму рукоять. Снимают рукоять вместе с ковшом и гидроцилиндром ковша. Рукоять 17 (рис. 7 в) грейфера соединяют со стрелой пальцем 16. Штоки цилиндров рукояти закрепляют на проушине рукояти. Головку 22 присоединяют к рукояти пальцем 21.
На головке устанавливают две челюсти 24 перемещающиеся двумя гидроцилиндрами 23. Рабочая жидкость подводится по трубопроводам 18 и рукавам 19 и 20. Вместо ковша грейфера с зубьями можно смонтировать на рукояти грейферные вилы 25 или ковш 26 без зубьев.
После каждой замены проверяют работу оборудования на холостом ходу в течение 5 мин.
Полноповоротные экскаваторы третьей размерной группы большей частью выпускают на пневмоколесном ходу.
Основное рабочее оборудование для таких экскаваторов — обратную лопату — в зависимости от категории разрабатываемого грунта можно оснащать сменными ковшами. При оснащении обратной лопатой экскаваторы используют для рытья котлованов траншей и ям. Поворотный ковш обеспечивает хорошие условия копания грунта и выгрузки его в отвал и транспортные средства. Кроме обратной лопаты экскаваторы оборудуют погрузчиком грейфером прямой лопатой и ковшами различной формы для специальных земляных работ.
Для полноповоротных экскаваторов наиболее распространена двухпоточная система привода с насосами регулируемой подачи. Для экскаваторов 3-й и 4-й размерных групп целесообразно применять сдвоенные аксиально поршневые насосы с суммирующим регулятором мощности. Такие насосы выпускают в едином агрегате с раздаточным редуктором для привода насосов.[2]
Рисунок 7 - Рабочие органы различных видов рабочего оборудования экскаватора ЭО-2621В-3:
а — обратная лопата: б — прямая лопата; в — грейфер; 1 — гидроцилиндр ковша; 2 — тяги; 3 — ось; 4 — унифицированный ковш обратной и прямой лопат; 5 — узкий ковш; 6 — профильный ковш; 7 — специальный ковш; 8 — зуб-рыхлитель; 9 10 — болты; 11 — вилочный захват; 12 — гидроцилиндр рукояти; 73 — погрузочный ковш: 14 — решетчатый ковш: 15 — ковш для зерна; 16 21 — пальцы; 17 — рукоять; 18 — трубопровод; 19 20 — рукава; 22 — головка грейфера; 23 — гидроцилиндр ковша грейфера; 24 — челюсть ковша грейфера; 25 — грейферные вилы; 26 — ковш без зубьев.
Использование насосов регулируемой подачи по сравнению с насосами постоянной подачи позволяет уменьшить мощность для привода насосной установки а также снизить потери энергии на дросселирование и нагрев рабочей жидкости.[2]
По исходным данным и по проведенному анализу литературных источников выбираем аналог для проектирования экскаватор-погрузчик ЭО-2626 (ТО-49) рис.8. Экскаватор-погрузчик ЭО-2626 на базе трактора Беларус 82.1 предназначен для механизации погрузочно-разгрузочных и землеройных работ. Экскаватор-погрузчик оснащен ковшом обратной лопаты и погрузочным устройством. Техническая характеристика приведена в табл.1
Рисунок 8- Экскаватор-погрузчик ЭО-2626.
Таблица 1 – Техническая характеристика экскаватора-погрузчика ЭО-2626.
Габаритные размеры с основным ковшом мм
Экскаваторное оборудование
Вместимость ковша м3
Радиус копания на уровне стоянки мм
Угол поворота экскаваторного оборудования
Погрузочное оборудование
- грузоподъемность ковша кг
Ширина режущей кромки мм
Вылет кромки ковша мм
Эксплуатационная масса кг
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Основными параметрами гидравлических одноковшовых экскаваторов являются емкость ковша вес экскаватора мощность двигателя рабочие размеры экскаватора а также давление и производительность насосов.
Геометрическими параметрами экскаватора являются: высота копания радиус копания .[1]
Оптимальная связь параметров рабочего оборудования и процесса копания (емкость ковша ширина и глубина резания скорость резания) и параметров гидропривода должна обеспечить использование полной мощности двигателя с целью получения максимальной производительности и минимальной себестоимости работ.
Вес экскаватора находим из выражения[3]
Определим вес ковша стрелы и рукояти.
Основание для назначения параметров ковшей – результаты исследования их взаимодействия с грунтом а также статические данные о ковшах. Кроме того при выборе параметров используется информация об объектах разработки.
Определим некоторые размеры ковша рис. 9:[3]
минимальная толщина стенки ковша
Остальные геометрические параметры ковша рис.9 можно определить приблизительно по следующим формулам:
где - вместимость ковша м
Рассчитанные параметры не являются точными поэтому при проектировании ковша необходимо руководствоваться ГОСТ 30067-93.
Из условия наполнения ковша может быть найдена максимальная толщина срезаемой стружки грунта
где - ширина ковша м принимаем ;
- высота копания м ;
- коэффициент разрыхления грунта ;
Рисунок 9 – Основные параметры ковша.
Исходя из найденных размеров срезаемой стружки и заданных грунтовых условий можно определить расчетную величину касательной составляющей реакции грунта на ковш (силу сопротивления копанию)
где - удельное сопротивление копанию ;
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ ЭКСКАВАТОРА
Расчет рабочего оборудования и отдельных узлов экскаватора на прочность должен производиться с учетом работы в наиболее тяжелых условиях (копание грунта III—IV категорий).[2]
При выборе схемы рабочего оборудования необходимо стремиться чтобы пассивные давления в запертых полостях цилиндров не превышали расчетных (активных) в цилиндрах рукояти. Если давления в запертых полостях превышают расчетные в 15—16 раза то устанавливают разгрузочные клапаны. Величина усилий копания цилиндром ковша и соответствующих этим усилиям давлений в запертых полостях цилиндров стрелы и рукояти при работе обратной лопатой определяются аналогичным способом.
Для прямой лопаты в качестве расчетного положения принимается копание цилиндрами рукояти от уровня стоянки при опущенных выносных опорах. Расчет производится аналогично расчету обратной лопаты. Как показали эксперименты при копании прямой лопатой наиболее нагруженной является стрела испытывающая сложные напряжения от изгиба в вертикальной плоскости и от скручивания вследствие эксцентричности приложения внешних нагрузок причем крутящий момент от эксцентрично приложенной внешней нагрузки передается на головную часть стрелы вызывая дополнительный изгиб ее балок. Усилия в шарнирах ковша в шарнире рукояти и в шарнире стрелы по величине и направлению могут быть определены графическим или аналитическим способами. Усилия на зубьях ковша и усилия действующие в элементах рабочего оборудования обычно принято определять графо-аналитическим способом по схемам изображенным на рис. 10. В качестве расчетного принимают положения когда цилиндры рукояти при копании развивают полное рабочее усилие соответствующее давлению рабочей жидкости в гидросистеме при условии что во всех других цилиндрах жидкость перекрыта. Пренебрегая нормальной составляющей усилия копания касательную составляющую определяют по зависимости
где — расчетное усилие развиваемое цилиндрами рукояти;
— переменное плечо силы относительно шарнира соединяющего рукоять со стрелой;
— сила тяжести подвижных элементов рабочего оборудования и грунта (рукояти — половины цилиндров рукояти — 05; ковша с грунтом — ; цилиндра ковша — );
— переменное плечо силы тяжести относительно шарнира О;
— радиус поворота зуба ковша относительно шарнира поворота рукояти.
Рисунок 10 - Схема к определению усилия на зубьях ковша при копании.
Зная усилие на кромке ковша (усилие копания) определим усилие на штоке гидроцилиндре рукояти при копании рукоятью для этого находим максимальны момент копания
где - усилие на кромке ковша Н;
Определим усилие на штоке гидроцилиндра рукояти
где - плечо действия силы м .
Задаваясь давлением в системе находим площадь поршня гидроцилиндра
Диаметр поршня равен
Зная геометрические параметры рабочего оборудования выбираем гидроцилиндры:
ЦГП 2-22.1Ф25. 100.80.1000
диаметр цилиндра мм 100;
диаметр штока мм 80;
ЦГП 2-22.1Ф25.85.70.1250
диаметр цилиндра мм 85;
диаметр штока мм 70;
ЦГП 2-11.1М20.100.80.1000
диаметр штока мм 80.
Определим потребную подачу насоса при копании рукоятью задаваясь скоростью выдвижения штока
где - скорость выдвижения штока мс ;
- к.п.д. гидропривода
По подаче выбираем аксиально-поршневой сдвоенный насос 220.16 с рабочим объемом расходом 220 лмин и мощностью 20 кВт.
ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ЭКСКАВАТОРА
Методика тягового расчета приведена в [3]
В общем случае тяговое усилие необходимое для движении машины выражается формулой
где - внутренне сопротивление хода кН
- сопротивление инерции при трогании с места кН
- сопротивление движению кН
где - коэффициент сопротивления движению при минимальной скорости движения.
- сопротивление ветра кН
где - предельное давление ветра МПа ;
- примерная подветренная площадь м ;
- сопротивление от подъема кН
Тогда общее тяговое усилие равно
Проверим трактор по сцеплению т.е.
где коэффициент сцепления движителей =0.75 0.85;
-сцепной вес экскаватора принимаем равным эксплуатационному Н;
Мощность двигателя необходимая для передвижения будет равна
где - максимальная скорость передвижения экскаватора по строительной площадке
Выбираем двигатель марки ММЗ – дизель мощностью 77 кВт.
Коэффициент использования экскаватора по мощности при передвижении
ТЕХНОЛОГИЕЧСКИЕ СХЕМЫ РАБОТ ЭКСКАВАТОРА И РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Прямую лопату выгодно применять при разработке выемок котлованов и др. когда экскаватор располагается на их дне. Такая разработка требует вывоза откопанного грунта в отвал с использованием автотранспортных средств (автосамосвалов). [5]
Максимальная высота забоя при работе экскаватора с прямой лопатой принимается равной максимальной высоте копания. Однако при этом учитывается и безопасность работ так как если высота забоя будет слишком велика то ковш подрежет стенку забоя и может образоваться козырек нависающий над машиной. Это небезопасно из-за возможного его обрушения.
Нужно также следить за тем чтобы с верхней поверхности забоя до начала работ были удалены камни пни и другие крупные предметы которые при работе экскаватора могут упасть вниз и либо повредить машину либо перегородить пути движения экскаватора и автотранспорта.
Для высокопроизводительной работы экскаватора с прямой лопатой машинист должен выполнять следующие специфические приемы проверенные на практике:
вести разработку забоя начиная с его части наиболее близкой к автотранспорту и в дальнейшем захватывая последующие зоны забоя; копать грунт с вылетом рабочего оборудования составляющим 34 максимального;
чисто срезать грунт на уровне дна забоя с тем чтобы избежать применения для планировки поверхности вспомогательных механизмов (бульдозера и др.) так как это приводит к непроизводительным потерям времени;
передвигать экскаватор вдоль забоя по мере его разработки на расстояние не превышающее половины возможного вылета рукояти с ковшом относительно стрелы.
Погружая грунт в автосамосвалы очень важно так расположить транспортное средство чтобы экскаватор мог работать с наименьшими углами поворота. Уменьшение угла поворота платформы как известно прямо сказывается на увеличении производительности экскаватора из-за сокращения рабочего цикла. Опыт показывает что времязатрачиваемое на поворот платформы к месту выгрузки и время возвратного поворота платформы составляет до 50% полного рабочего цикла. Значит чем удобнее для экскаватора расположен автосамосвал тем выше производительность экскаватора. Наиболее рациональны углы поворота до 70°. Однако их величина зависит от возможностей забоя.
Наиболее выгодно использовать транспортные средства с объемом кузова в 6 раз большим вместимости ковша.
Экскаватор с оборудованием прямая лопата может работать в забоях двух типов: лобовом (тупиковом) и боковом (рис.11). Лобовым называется такой забой который образует в массиве грунта замкнутое с трех сторон пространство.
Рисунок 11 - Схемы работы экскаватора с оборудованием прямая лопата:
а – в лобовом глубоком забое; б – в лобовом мелком забое; в – в боковом глубоком забое; г – в боковом мелком забое.
Выход из такого забоя только назад в направлении начала движения экскаватора. Боковым называется забой который замкнут спереди и сбоку от машины. Выход из такого забоя для экскаватора возможен и вбок.
Лобовые забои могут различаться по высоте. Если высота забоя обеспечивает заполнение ковша “с шапкой” за один проход ковша от подошвы забоя до его верхней кромки то такой забой считается глубоким. Если же высота забоя не превышает 15-2 м забой считается мелким.
Лобовые забои применяются реже чем боковые так как в них не всегда удобно работать автосамосвалам и ниже производительность экскаваторов.
При работе в глубоком лобовом забое экскаватор располагается вдоль оси забоя и по мере копания передвигается вперед. Водители автосамосвалов при этом вынуждены подавать транспорт под нагрузку задним ходом а машинист экскаватора должен поворачивать платформу на довольно большой угол до 150-170°. По этой схеме во время того как машинист загружает один автосамосвал задним ходом к месту погрузки подается другой. Недостаток этой схемы еще и в том что автотранспорт передвигается по дну забоя иногда в неудовлетворительных грунтовых условиях (особенно после дождей).
Однако такая схема работы может быть целесообразна если требуется прорыть неширокую но глубокую выемку небольшой протяженности.
Более рациональная схема работы экскаватора возможна в лобовых неглубоких забоях (рис. 11б) так как в них машинист имеет возможность загружать автосамосвалы подъезжающие к месту загрузки по верху забоя. В этом случае сбоку от себя экскаватор копает грунт не на весь вылет ковша. При этом угол поворота платформы может не превышать 70° — вдвое меньше чем в лобовом глубоком забое.
Проще работать и водителю автосамосвала так как автомашина подъезжает передним ходом и не требуется ее сложного маневрирования а кроме того проезд по нетронутой поверхности грунта легче чем по копаной.
По этой схеме работы автосамосвалы могут подаваться как с одной так и с двух сторон от забоя. Направление их подъезда зависит от желания водителя. Однако следует иметь в виду что с точки зрения безопасности работ лучше когда ковш подносится к кузову не со стороны кабины автомобиля а с противоположной ей стороны поэтому можно считать более целесообразным направление движения автосамосвалов как показано на рис. 11 б.
Боковой забой (см.рис.11в) более удобен для работы экскаватора с автосамосвалами так как в нем легко организовать подъезд любого количества транспортных средств сбоку от забоя по его дну. Экскаватор располагается в забое так что с одной стороны от него находится стенка забоя а с другой открытое пространство где проходит путь автосамосвалов. По мере разработки забоя перед собой экскаватор перемещается на новое место освобожденное от грунта.
Несмотря на то что путь транспорта идет по дну забоя свободное пространство сбоку способствует удалению с поверхности грунта влаги затрудняющей движение колесных .машин. Угол поворота платформы экскаватора на выгрузку при данной схеме работы не превышает 70° поэтому производительность экскаватора достаточно высока.
Автосамосвалы могут меняться местами в тот момент когда экскаватор набирает грунт и таким образом потери времени на смену транспортных средств исключены. Производительность экскаватора с прямой лопатой в боковом забое выше чем в лобовом.
Если боковой забой неглубок (рис.11б) т.е. не превышает по высоте 15-2 м экскаватор может располагаться так же как в глубоком а автосамосвалы двигаться как по дну забоя (слева) так и по поверхности грунта (справа). Небольшая высота забоя позволяет вести их бесперебойную загрузку справа от экскаватора но при этом он работает не на полном радиусе копания. Угол поворота платформы экскаватора в обе стороны в этом случае может не превышать 70° что позволяет достичь высокой производительности машины.
У одноковшовых экскаваторов различают проектную (теоретическую) техническую и эксплуатационную производительность.
Теоретическая производительность равна[5]
где - емкость ковша м;
- минимальная продолжительность рабочего цикла при заданных условиях работы с: в соответствии с ГОСТ 17343-71 продолжительность рабочего цикла определяют при разработке грунта III категории средних параметров забоя коэффициенте наполнения ковша равном не менее 10 повороте платформы на угол 90 и с выгрузкой грунта в отвал для проектируемого типоразмера .
Техническая производительность экскаватора рассчитывается с учетом характеристики грунта
где - коэффициент наполнения ковша который представляет собой отношение объема разрыхленного грунта в ковше перед разгрузкой к емкости ковша ;
- коэффициент разрыхления грунта который характеризует отношение объема разрыхленного грунта к объему который он занимал в естественном залегании ;
- продолжительность цикла с учетом характеристики грунта
Эксплуатационная производительность определяется за смену работы экскаватора
- коэффициент использования машины за смену .
Основными путем повышения производительности экскаватора является снижение времени цикла это достигается в первую очередь автоматизацией процесса копания грунта.
Новаторы-машинисты одноковшовых экскаваторов достигли очень высокой производительности на отечественных экскаваторах.
Методы работы новаторов основываются на следующих условиях:
) освоении машины; уменьшении продолжительности рабочего цикла благодаря максимальному совмещению операций; увеличении наполнения ковша за счет работы в легких и среднеплотных породах коротким ходом ковша а в плотных - подбоем с обрушением породы; обеспечении сохранности машины (тщательный уход своевременный профилактический ремонт и т. п.);
) правильном выборе транспортных средств соответствующих емкости ковша экскаватора;
) хорошей организацией транспорта - непрерывной подаче поездов и автомобилей;
) правильном установлении размеров забоя и положения транспортных средств с тем чтобы средний угол поворота экскаватора был наименьшим а производительность его - наибольшей;
) отличной подготовке забоя - тщательно подобранной подошве уступа а при скальных породах - и хорошо раздробленном материале;
) применении в средних и легких грунтах сменных ковшей увеличенной емкости т.е. при увеличении его сменной производительности Псм и при работе с ковшом увеличенной емкости снижается себестоимость разработки грунта.
Автоматическое управление машин для земляных работ является одним из перспективных направлений использования этих машин.
Производственные процессы выполняемые машинами сложны и разнообразны. Сопротивления рабочих органов при копании изменяются в широких пределах. Все возрастающие требования к качеству земляных работ и улучшению условий труда оператора неизбежно приводят к необходимости введения автоматического управления машин.
При ручном управлении машины оператор наблюдая за ходом рабочего процесса вручную переключает рычаги управления стремясь обеспечить наивыгоднейшие режимы работы заданные траектории рабочих органов требуемую последовательность операций. Одновременно он должен учитывать большое количество разнородных и быстро меняющихся факторов (неровности поверхности по которой перемещаются машины механические и физические свойства грунта и др.). Все это делает режим работы оператора чрезвычайно напряженным. На некоторых машинах число переключений рычагов управления достигает до тысячи в час.
Зачастую оператор может оценить изменение внешних условий и результаты работы только глазомером или ориентировочно. Поэтому выбираемые им режимы работы далеки от оптимальных а качество работ часто не удовлетворяет техническим условиям.
Автоматическое управление машин для земляных работ может решать следующие задачи:
Обеспечение безопасности производства работ и безаварийности ограничение перегрузок остановка или снятие напряжения с опасных для человека агрегатов в случае снятия ограждения автоматическая сигнализация о приближении рабочего органа к токонесущему кабелю.
Автоматическое регулирование процесса копания с целью стабилизации какого-либо параметра (мощности тягового усилия) или обеспечения минимума энергоемкости процесса.
Автоматическое ведение рабочего органа планировочных машин по заданной траектории в пространстве.
Автоматическое ведение рабочего органа по траектории задаваемой рукой человека (следящее управление например для экскаваторов при выполнении отделочных работ).
Дистанционное управление рабочим органом машины при помощи оптического луча.
Автоматический учет объема выполненной работы.
Автоматическое выполнение заданной последовательности операций (пуск энергоагрегата цикл операций экскаватора
Автоматическое поддержание режима оптимального по экономической эффективности или себестоимости продукции.
Телеуправление рабочим процессом по проводной или радиорелейной связи.
Специфические условия работы машин для земляных работ разнообразие грунтов видов и условий выполняемых работ и подвижность в настоящее время еще не позволяют выдвигать вопрос о создании таких систем управления которые полностью исключали бы участие оператора в управлении этими машинами. Создание полностью автоматической системы управления при современной технологии производства земляных работ было бы связано с решением больших технологических трудностей и вряд ли было бы экономически оправдано.
Частичная же автоматизация производственного процесса машин для земляных работ и прежде всего автоматическое регулирование процесса копания и планировочных работ являются вполне назревшими и выполнимыми.
Такую машину следует рассматривать как динамическую систему на которую при движении непрерывно действуют сопротивление среды глубина резания отклонение буксования изменение угловой скорости вращения вала двигателя и т. д.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Ветров Ю.А. Расчеты сил резания и копания грунтов. Изд-во Киевского университета 1965.-167с.
Заднепровский Р.П. Рабочие органы землеройных и мелиоративных машин и оборудование для разработки грунтов и материалов. М.: Машиностроение 1992.-176 с.
Добронравов С.С. Строительные машины и оборудование: Справочник для строит. спец.вузов и инж.-техн. работников. М.: Высш. шк. 1991. - 456. с.
Строительные машины: Отраслевой каталог: 5-е изд. ЦИИТ-строймаш. М. 1988.- 587c.
Холодов А.М. Ничке В.В. Назаров Л.В. Землеройно-транспортные машины: Справочник.Харьков: Высш. шк. Изд-во Харьк. ун-та 1982. -192 с.

Рукоять.dwg

Обозначение сварного шва
Сварное соединение II класса по СТБ 1016-96.
*Размеры для справок.
грунтовка ВЛ-02 ГОСТ 12707-77
эмаль АС-182 желтая ГОСТ 19024-79.
Посадочные отверстия от покрытия и
сварочных брызг предохранить.