Ковш переменной емкости

А4,2.dwg

Твердость НВ 220-229
Неуказанные предельные
отклонения размеров
Сталь 45 ГОСТ 1050-88

1лист_v13.cdw

Технические характеристики:
Максимальная емкость ковша q=670 л
Давление в гидросистеме Р=35 МПа
Максимальная толщина срезаемой стружки h=1.55 м.
Технтческие требования:
кроме посадочных мест
черная ТУ 6-10-1012-75 один слой кл.6 ГОСТ 9.032.-74
Перед эксплуатацией проверить на герметичность.
Смазка шарниров - Литол 24.
* Размеры для справок
Рабочее оборудование

2лист.cdw

Технические характеристики:
Максимальная емкость ковша q=670 л
Технические требования:
кроме посадочных мест
черная ТУ 6-10-1012-75 один слой кл.6 ГОСТ 9.032.-74

А4,1.dwg

Твердость НВ 220-229
Неуказанные предельные отклонения размеров
Сталь 45 ГОСТ 1050-88

А4,1.cdw

Твердость НВ 220-229
Неуказанные предельные отклонения размеров
Сталь 45 ГОСТ 1050-88

2лист.dwg

Технические характеристики:
Максимальная емкость ковша q=670 л
Технические требования:
кроме посадочных мест
черная ТУ 6-10-1012-75 один слой кл.6 ГОСТ 9.032.-74

А4,1_v13.cdw

Твердость НВ 220-229
Неуказанные предельные отклонения размеров
Сталь 45 ГОСТ 1050-88

А4,2_v13.cdw

Твердость НВ 220-229
Неуказанные предельные
отклонения размеров
Сталь 45 ГОСТ 1050-88

1лист.cdw

Технические характеристики:
Максимальная емкость ковша q=670 л
Давление в гидросистеме Р=35 МПа
Максимальная толщина срезаемой стружки h=1.55 м.
Технтческие требования:
кроме посадочных мест
черная ТУ 6-10-1012-75 один слой кл.6 ГОСТ 9.032.-74
Перед эксплуатацией проверить на герметичность.
Смазка шарниров - Литол 24.
* Размеры для справок
Рабочее оборудование

2лист_v13.cdw

Технические характеристики:
Максимальная емкость ковша q=670 л
Технические требования:
кроме посадочных мест
черная ТУ 6-10-1012-75 один слой кл.6 ГОСТ 9.032.-74

А4,2.cdw

Твердость НВ 220-229
Неуказанные предельные
отклонения размеров
Сталь 45 ГОСТ 1050-88

1лист.dwg

Технические характеристики:
Максимальная емкость ковша q=670 л
Давление в гидросистеме Р=35 МПа
Максимальная толщина срезаемой стружки h=1.55 м.
Технтческие требования:
кроме посадочных мест
черная ТУ 6-10-1012-75 один слой кл.6 ГОСТ 9.032.-74
Перед эксплуатацией проверить на герметичность.
Смазка шарниров - Литол 24.
* Размеры для справок
Рабочее оборудование

ПЗ.doc

Федеральное агентство по образованию
Тверской государственный технический университет
Кафедра «Подъемно-транспортные строительные
дорожные машины и оборудование»
Пояснительная записка
К курсовому проекту по дисциплине:
«Строительные дорожные машины»
На тему: «Ковш переменной емкости»
Обзор существующих конструкций 3
1 Общие сведения ..3
2 Обзор патентной литератур ..3
3 Техническая характеристика базовой машины 7
Проектирование рабочего органа 8
1 Расчет геометрических параметров 8
2 Расчет сил резания и копания грунтов .9
Подбор гидрооборудования .12
1 Определение усилия в гидроцилиндре ковша 12
2 Подбор гидроцилиндра поворота ковша 13
3 Подбор гидроцилиндра хода подвижной стенки 14
Расчеты на прочность ..14
1Расчет цилиндрического шарнира А 14
2. Расчет цилиндрического шарнира Б .17
3. Расчет цилиндрического шарнира В .18
Технико – экономические расчеты 19
1 Расчет производительности .19
2 Расчет мощности расходуемой на копание грунта ..20
Список использованной литературы 21
Машины для земляных работ используют при рыхлении плотных скальных и мерзлых грунтов планировании строительных площадок подготовки оснований под дороги и проезды разработке котлованов под фундаменты зданий и сооружений рытье траншей открытым способом при прокладке городских коммуникаций и строительстве подземных сооружений копании ям и приямков зачистки дна и откосов земляных сооружений обратной засыпке котлованов и траншей после возведения фундаментов и укладки коммуникаций уплотнении грунтов и т.д.
При производстве строительных и земляных работ с разными видами и категориями грунтов у экскаваторов часто возникают дополнительные трудности из-за необходимости выполнения операций связанных со сменой и наладкой рабочего органа. Это приводит к нарушению установившегося режима работы потребности в дополнительных рабочих кадрах а как следствие и экономических затратах увеличению времени выполнения работ снижению производительности дополнительных условий безопасности на рабочем месте и т.д.
Для эффективного выполнения работ существует необходимость модернизации рабочего органа (ковша) способного при помощи специальных устройств изменять свою емкость. При этом конструкция и все геометрические параметры ковша должны иметь допустимые значения и не мешать его взаимодействию с грунтом.
Обзор существующих конструкций.
Экскаваторы представляют собой самоходные землеройные машины предназначенные для копания и перемещения грунта. Различают одноковшовые экскаваторы периодического (цикличного) действия с основным рабочим органом в виде ковша определенной вместимости и экскаваторы непрерывного действия с многоковшовыми скребковыми и фрезерными (бесковшовыми) рабочими органамии. Одноковшовые экскаваторы осуществляют работу отдельными многократно повторяющимися циклами в течение которых операцииии копания и перемещения грунта выполняются раздельно и
последовательно. В процессе работы машина периодически перемещается на небольшие расстояния для копания очередных объемов грунта. Экскаваторы непрерывного действия копание и перемещение грунта осуществляют одновременно и непрерывно. Производительность таких экскаваторов выше чем одноковшовых затрачивающих около 23 рабочего времени на перемещение грунта и рабочего оборудования.
По назначению одноковшовые экскаваторы делят на строительные универсальные для земляных и погрузочно-разгрузочных работ в строительстве карьерные дли разработки карьеров строительных материалов рудных и угольных месторождений и вскрышные для разработки полезных ископаемых открытым способом. Экскаваторы непрерывного действия по назначению делят на машины продольного копания для рытья протяженных выемок прямоугольного и трапецеидального профиля — траншей под трубопроводы и коммуникации различного назначения (траншейные экскаваторы) каналов и водоводов (каналокопатели) поперечного копания для карьерных планировочных и мелиоративных работ радиального копания для вскрышных и карьерных работ большого объема.
В городском строительстве преимущественно используют одноковшовые строительные и траншейные экскаваторы.
Рис.1 Сменные рабочие органы экскаваторов
В качестве сменных рабочих органов гидравлических экскаваторов при выполнении обычных земляных работ используют ковши 1 3 обратных и прямых 4 лопат различной вместимости ковши для дренажных работ 5 и рытья узких траншей 6 ковши с зубьями и со сплошной режущей кромкой для планировочных 7 и зачистных 8 работ двухчелюстные грейферы для рытья траншей и котлованов 9 и погрузки крупнокусковых материалов и камней 10 погрузочные ковши большой вместимости для погрузочных работ 11 13 бульдозерные отвалы 14 для засыпки ям траншей и небольших котлованов захваты для погрузки труб и бревен 15 крановую подвеску 16 для различных грузоподъемных и монтажных работ многозубые 17 и однозубые 18 рыхлители для рыхления мерзлых и плотных грунтов и взламывания асфальтовых покрытий пневматические гидравлические 19 и гидропневматические 20 молоты многоцелевого назначения со сменными рабочими инструментами для разрушения скальных и мерзлых грунтов железобетонных конструкций кирпичной кладки и фундаментов дорожных покрытий дробления негабаритов горных пород трамбования грунтов погружения свай и шпунта бурами для бурения шпуров и скважин и т. п.
2 Обзор патентной литературы
В патенте на изобретение №941477 предложено рабочее оборудование одноковшового экскаватора позволяющее разрабатывать грунт разных категорий без смены рабочего органа. Для этого ковш оснащен задней стенкой 4 которая в зависимости от типа разрабатываемого грунта автоматически устанавливается тягой 15 и ползуном 12 в определенное положение относительно боковых стенок ковша 1.Тем самым обеспечивается заданный объем ковша. Наличие телескопической тяги 15 также позволяет при достижении ковшом 1 своего крайнего положения обеспечить дополнительное перемещение задней стенки 4 и осуществить полную разгрузку при работе на липких и переувлажненных грунтах.
В описании изобретения к авторскому свидетельству №1154410А показано оборудование одноковшового экскаватора имеющее помимо основного ковша 1 оснащенного разгрузочным ножом 4 узкий ковш 7 предназначенный для рытья узких траншей. При отрывке траншей шириной равной ширине ковша в работу включается основной ковш 1. В этом случае узкий ковш 7 примыкается к днищу основного ковша и фиксируется штырем. При отрывке узких траншей в работу включается дополнительный узкий ковш 7. Первоначально с поиощью гидропривода 10 оба ковша поворачиваются по часовой стрелке относительно шарнира 5 в крайнее положение до совмещения отверстий проуштн 14 и 15 и основной ковш фиксируется штырем 16.
В описании к авторскому свидетельству № 1051166А предложено оборудование одноковшового экскаватора позволяющее помимо выполнения экскавационных работ осуществлять погрузочно-разгрузочные работы а также работы по установки бордюрных камней укладке труб разборке завалов на строительных площадках и т.д. поворотом ковша в плоскости перпендикулярной продольной оси рабочего оборудования в обе стороны. Это осуществляется благодаря наличию двухшарнирной вставки 4 Т-образной тяги с горизонтальной полкой 7 и гидроцилиндров 8 и 9 с универсальными шарнирами 10 – 13.
Вывод: Рассмотрев эту патентную литературу я принимаю за основу в своем проекте решение задачи представленное в патенте на изобретение №941477. Это изобретение имеет немного усложненную конструкцию в частности рычажно-ползунный многозвенник. Следовательно основной задачей впоследствии будет упрощение данной конструкции.
3 Техническая характеристика базовой машины
Модель базовой машины: POCLAIN 988 POWERSENSOR
·Марка и тип двигателя .CASE 6Т 590
·Мощность двигателя . .. 91 КВт (122 л.с.)
·Число оборотов коленчатого вала 2000 обмин
·Среднее часовое потребление топлива .13 л
Гидравлическая система:
·Вместимость гидробака 180 л
·Общая емкость системы . 288 л
·Установка предохранительного клапана .350 бар
·Один сдвоенный насос с переменным рабочим объемом для движения и рабочего оборудования (производительность 320 лмин)
·Один одноблочный насос с постоянным рабочим объемом для поворота корпуса
(производительность 56 лмин)
·Общая гидравлическая мощность .81 кВт(108 л.с.)
·Гидравлический редуктор с приводом от мотора с автоматическим статическим тормозом
·Скорость поворота 88 обмин
·Гидромеханическая трансмиссия с регулируемым гидравлическим двигателем с переключателем диапазонов обеспечивающим постоянное изменение скорости.
·Рабочий диапазон . 0-75 кмч
·Дорожный диапазон .. 0-25 кмч
·Внешний радиус поворота . 644 м
·Рулевое управление с гидроусилителем
Эксплуатационный вес 155-18 т
Максимальный вес 195т
Геометрические размеры:
4 Данные для расчета
Вместимость основного ковша q=670 л
Количество зубьев z= 4 шт
Масса рукояти 895 кг
Масса стрелы 1265 кг
Проектирование рабочего органа
1 Расчет геометрических параметров
Согласно методике ВНИИСТРОЙДОРМАШ для проектирования ковша с обратной гидравлической лопаты необходимо задаться емкостью ковша q а затем пользуясь формулами подобия и рекомендациями других ВУЗов рассчитываем остальные параметры.
1.1 Согласно п. 1.4 вместимость основного ковша q=670 л.
1.2 Согласно ВНИИСТРОЙДОРМАШ угол резания для ковша обратной гидравлической лопаты
1.5 Расстояние между зубьями
1.6 Длина прямолинейного участка ковша (передней стенки)
Для основного ковша с=0
1.7 Радиус кривизны дна ковша
1.8 Радиус резания зубьев
к=089-коэффициент(согл. 2 )
kV = 0.15- к-т вариации
В- размер полубазы экскаватора
Где m- масса экскаватора т
Рис 5. Основные параметры ковша
2 Расчет сил резания и копания грунтов.
2.1Определяем максимальный момент копания по формуле:
Рmax – максимальное усилие копания кН
Rk – радиус копаниям ( Rk=Rрз=107 см п. 2.1.8)
Максимальное усилие копания при копании ковшом:
Где P01-усилие резания на кромке ковшакН
Для ковшей с зубьями
с- число ударов ударником ДОРНИИ для расчетного грунта.
Задаемся категорией и видом грунта. Т.к у нас ковш переменной емкости который будет работать с разными типами грунтов выбираем средний грунт.
Например известняк (3 категория) у которого с=20.
g- ускорение свободного падения (g = 981 мс2)
Вк=07м- ширина ковша
α- угол резания (принимаем α=30)
z- к-т учитывающий наличие зубьев
z=06 08 (Принимаем z=07)
hmax-максимальная толщина стружки (см рис.6)
Где φ-угол поворота отвечающий срезанию стружки максимальной толщины.
При копании ковшом φ=60..65 (Принимаем φ= 63) (см рис.6)
Рис. 6 Копание грунта поворотом ковша
Тогда P01=38875 155 135 =7025 кгс =7025 кН
Pmax=115 7025= 808 кН
Мmax=80.8 1.07 = 86.4 кНм
В качестве проверки полученных усилий и момента можно воспользоваться ориентировочными формулами:
Pmax пр=35+25m=35+25*17=775 кН
Мmax пр =775 107 = 829 кНм
2.2 Определяем вес грунта в ковше:
q- геометрический объем ковша (q=0.67м3)
кн- к-т наполнения грунта (кн = 13)
кр- к-т разрыхления грунта (кр=12 для грунта 3 категории)
γе- объемная масса грунта (γе = 15 2 Тм3 в зависимрсти от минералогического состава пористости и влажности)
2.3 Определяем объем грунта при естественной влажности:
2.4 Определяем вес ковша:
Gk=11Gгр=11123=136 т
(с учетом подвижной стенки и гидроцилиндра)
2.5 Горизонтальное усилие копания определяется по формуле:
hmax – максимальная толщина стружки см
2.6 Вертикальное усилие копания :
Где = 01 04 (Принимаем =03)
Подбор гидрооборудования.
1 Определение усилия в гидроцилиндре ковша.
Рис 7.Расчетное положение для нахождения усилий
на режущей кромке ковша обратной лопаты.
Рис 8. Схема для расчета Ргцк.
Чтобы определить усилия в исполнительном гидроцилиндре составляем уравнение моментов относительно т.0:
ΣМо = Ргц·L1 + (Gк+Gг) ·L2 - Рг·L3 -Рв·L4 = 0
(Gk+Gг)=136+123=259т=26кН
2 Подбор гидроцилиндра поворота ковша.
Согласно полученному усилию Ргц = 185 кН подбираем гидроцилиндр поворота ковша с учутом Ргц* > Ргц где Ргц* - максимальное расчетное усилие на штоке подбираемого гидроцилиндра.
По [1] выбираем гидроцилиндр поршневой тип 1. Исполнение 1-е.
Нормаль 0Н22-176-69. Обозначение 1.1- 125 х 800 у которого (см. рис. 9)
Ргц*=19600 кгс = 196 кН
D=125 мм - диаметр поршня
d=60 мм – диаметр штока
S=800мм – ход поршня
L=340мм l1=95мм d1=75 мм
Рис. 9. Гидроцилиндр поршневой. Тип 1. Исполнение 1-е.
Нормаль ОН22 – 176 – 69
3 Подбор гидроцилиндра хода подвижной стенки.
где Gст – вес подвижной стенки
Принимаем Gст = 01Gк = 01Gгр = 01123 = 0123 т
Откуда Gгр+Gст = 123+0123 = 1353 т = 1353 кг.
Нормаль 0Н22-176-69 (с одной стороны крепление в виде вилки).
Обозначение 1.1- 90 х 250 у которого (см. рис. 9)
Ргц1=10200 кгс = 102 кН
D=90 мм - диаметр поршня
d=40 мм – диаметр штока
S=250мм – ход поршня
L=256мм l1=65мм d1=50 мм
Масса 16 кг. (см. рис. 9).
4 Начальное и конечное положения подвижной стенки.
Рис.10(а) Начальное положение.
Рис.10(б) Конечное положение.
Расчеты на прочность.
Перед началом расчета на прочность следует необходимо выбрать шарниры в которых происходят максмальные нагрузки.(рис. 11)
1Расчет цилиндрического шарнира А.
1.1 Определение диаметра пальца.
По напряжениям на срез:
Где Р –усилие на гидроцилиндре хода подвижной стенки РГЦ1 = 102000Н;
dn – диаметр пальца;
n – число плоскостей среза n = 2;
[] – допускаемое напряжение среза для Стали 09Г2С [] = 200 – 210 МПа (согл. 4)
Исходя конструкторских соображений принимаем dn = 50 мм т.к. d1=50 мм.
По контактным напряжением
где Ry – расчетное сопротивление материала для Стали 09Г2С Ry = 300МПа. (согл. 4)
Кд – к-т динамических нагрузок.
1.2 Определение геометрических параметров проушины (Рис. 12).
Принимаем 1 = 9 мм 3 = 9 мм;
h = 2 · d = 2 · 50 = 100мм;
S ≥ 2 · h = 2 · 100 =200мм;
а = (08 15) · = 08 ·9 7мм
m = (3 8) · = 3 · 9 = 27мм.
Рис 12. Геометрические параметры проушины
1.3. Проверка пальца на смятие.
[см] = 500 МПа для Стали 09Г2С.
[см] – прочность пальца на смятие обеспечена.
1.4 Расчет сварного шва.
Проверка сварного шва на срез:
Принимаем катает шва равный к = 6 мм.
где РХ = РГЦ · Cos35º = 102000 · Cos35º = 83553H;
Асреза = 2 · k · S = 2 · 0006 · 0080 = 96 · 10-4 м2;
RS = 06 · Ry = 06 · 300 = 180 МПа для Стали 09ГС2.
Рис. 13. Схема для расчета сварного шва проушины.
– условие выполняется.
Проверка на опрокидывание проушины относительно точки А под действием сил РХ и Рy.
МА = 0: РХ · 0040 – РY · 0060 – МА = 0
МА = 83553 · 0040 – 58504 · 0060 = – 168 Н · м. Проушина под действием сил РХ и Рy дополнительно прижимается. Прочность шва обеспечена.
2. Расчет цилиндрического шарнира Б.
2.1 Определение диаметра пальца.
Где Р –усилие на гидроцилиндре поворота ковша РГЦК = 185000Н;
n – число плоскостей среза n = 4;
[] – допускаемое напряжение среза
Материал для пальца выбираем Сталь 20 у которого Ry = 160МПа откуда
[] = Ry ky = 160 0.9=144 МПа
Исходя из конструкторских соображений принимаем dn = 50 мм.
где Ry – расчетное сопротивление материала для Стали 20 Ry = 160МПа. (согл. 4)
Принимаем 1 = 30 мм 3 = 30 мм
Рис. 14. Схема для расчета шарнира Б
2.2. Проверка пальца на смятие.
[см] = 360 МПа для Стали 20.
3. Расчет цилиндрического шарнира В.
3.1 Определение диаметра пальца.
Где Р –усилие на гидроцилиндрах
Р=РГЦК +РГЦ1 = 185000+102000 = 287000 Н;
n – число плоскостей среза n = 6;
[] = Ry ky = 160 0.9=144 МПа
Исходя из конструкторских соображений принимаем dn = 75 мм т.к. d1=75 мм.
Рис. 15. Схема для расчета шарнира В.
Технико – экономические расчеты.
1 Расчет производительности.
1.1 Техническая производительность:
q – вместимость ковша м3
КН – к-т наполнения ковша КН = 13 (см. п. 2.2.2)
Кр – к-т разрыхления грунта Кр = 12
n – чило циклов за час работы.
Тц- продолжительность одного рабочего цикла при совмещении отдельных операций с.
Тц = tk+tпв+tB+tпз где
tk tпв tB tпз - соответственно продолжительность копания поворота на выгрузку выгрузки и поворота в забой с.
Принимаем Тц = 30 с.
1.2 Эксплуатационная производительность:
tр – длительность периода работы
Кв – к-т использования машины по времени
2 Расчет мощности расходуемой на копание грунта.
Ауд – удельная энергоемкость копания Джм3
Согласно (2) для грунтов 3 категории Ауд = 2105 Джм3
tК – продолжительность копания с
tК=(025 035)ТЦ = 0330 = 9 с.
Д – к-т использования номинальной мощности двигателя при копании.
Согласно (2) Д=(075 085)
П – КПД привода и рабочего оборудования .
Согласно (2) для экскаваторов с гидравлическим приводом Д = 06 075.
Список использованной литературы:
Э.А. Смоляницкий Н.В. Мокин. Гидравлические экскаваторы. Учебное пособие для студентов факультета «Строительные и путевые машины» НИИЖТа. - Новосибирск. 1976.ч1 и 2.
С.С. Добронравов. В.Г. Дронов. Строительные машины и основы автоматизации: Учеб. Для строительных вузов. – М.:Высш. шк. 2001.
Ветров Ю.А. Расчеты сил резания и копания грунтов. Киев.:Висша школа 1965.
Волков Д.П. Машины для земляных работ. –М: Машиностроение 1992
Домбровский Н.Г. Землеройные машины. – М: Машиностроение 1961