Расчет одноковшового экскаватора

ПЗ.docx

Выбор и обоснование основных параметров экскаваторов 3
1.Определение массы и размеров базовой части экскаватора 3
1.1Масса экскаватора и вместимость ковша 3
1.2Основные размеры базовой части экскаватора . .. 4
1.3Гусеничное ходовое оборудование . .. 4
Определение линейных размеров рабочего оборудования.. .. .7
1.Построение рабочей зоны 10
2.Определение параметров гидроцилиндров 12
Расчет нагрузок на рабочее оборудование 13
1.Определение сопротивлений грунтов копанию . . 13
2.Расчет активных и реактивных сил и давлений в гидроцилиндрах .. 13
2.1. Определение активных сил на зубьях ковша 13
2.2. Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре стрелы при копании поворотом ковша . 15
2.3. Определение активных сил на зубьях ковша . 15
2.4. Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре ковш .. 15
2.5. Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндрах стрелы .. .. 16
2.6. Определение активной силы на ковше по условию устойчивости экскаватора . . .16
3. Определение активной силы гидроцилиндров подъема стрелы ..17
Расчет параметров механизма поворота 18
Расчет основных параметров механизма передвижения ..21
Статический расчет экскаватора .23
Определение технической производительности экскаватора .24
Список литературы 26
Экскаватор (от лат. excavo) землеройная машина оборудованная навесным рабочим органом - ковшом осуществляющим резание грунта одновременно с его наполнением главным образом для разработки мягких горных пород в массиве или скальных в раздробленном состоянии. Благодаря высокой производительности при разработке грунтов различных категорий наибольшее распространение получили одноковшовые экскаваторы.
Экскаваторы предназначены 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 органами. Одноковшовые экскаваторы осуществляют работу отдельными многократно повторяющимися циклами в течение которых операции копания и перемещения грунта выполняются раздельно и последовательно. В процессе работы машина периодически перемещается на небольшие расстояния для продолжения работы.
В данном расчёте мною был рассчитан эксковатор рабочие оборудование в виде обратной лопаты так же были построены по расчётам чертежи по расчётам. А именно: Общий вид Чертёж обратной лопаты (ковш) и чертёж рабочего оборудования.
Определение линейных размеров рабочего оборудования Расчет нагрузок на рабочее оборудование Расчет параметров механизма поворота расчет основных параметров механизма передвижения статический расчет экскаватора определение технической производительности экскаватора
Выбор и обоснование основных параметров экскаваторов
Выбор и расчет параметров проводятся на основе следующих исходных данных:
тип рабочего оборудования – обратная лопата; категории разрабатываемых грунтов; вместимость ковша q м3;
производительность эксплуатационная Пэ м3смену (включается если не задана величина q);
наибольшая глубина копания Hк м;
удельное сопротивление грунта копанию Ку МПа; тип ходового оборудования.
Разработать в проекте**
*Ходовое оборудование: Г – гусеничное; ГУ-гусеничное уширенное; П – пневмоколесное;
** Рабочее оборудование: Стрела: 1 – моноблочная 2 –составная;
1.Определениемассыиразмеровбазовой части экскаватора
1.1.Масса экскаватора и вместимость ковша
Масса экскаватора эксплуатационная (главный параметр машины) mэ т связана с геометрической вместимостью ковша q м3 через удельную массу Km тм3 следующей зависимостью
Mэ=Кm * q=126*06=0756(1)
Удельная масса может быть принята из справочных данных или найдена по массе mэа и вместимости ковша qa экскаватора аналога (ближайшего по значению q с аналогичным рабочим оборудованием указанным в прил. 1) из формулы
Кm=mэа qа =06305=126(2)
Если в задании величина q не указана а приведена сменная эксплуатационная производительность Пэ м3см то следует вычислить ориентировочную вместимость ковша по формуле
где tц – продолжительность цикла с; принимается для строительных экскаваторов с Пэ ≤ 1500 м3см; tц= 16с; tсм – продолжительность смены ч; Крых и Кн – коэффициенты разрыхления грунта и наполнения ковша (табл. 2); Kв – коэффициент использования машины во времени; принимается Kв = 08
Значения удельного сопротивления грунта копанию Кк коэффициентов разрыхления грунта Крых и наполнения ковша грунтом Кн
Песок супесь мягкий и разрыхленный суглинок
Массу рабочего оборудования экскаватора и составляющих его элементов определим по эмпирическим зависимостям:
–массу рабочего оборудования mро=028mэ=028*0756=0212
–массу ковша mк =021mро =021*0212=0045
–массу стрелы mс=05mро =05*0212=0106
–массу рукояти mр=029mро 029*0212=0061
При известной величине q масса экскаватора mэ вычисляется из условия обеспечения запаса по сцеплению ходового устройства с грунтом при копании поворотом ковша на уровне стоянки машины. Стружка срезаемого грунта максимальной толщины h касательная составляющая силы копания Р01 горизонтальна. В таком случае
где = 07 – коэффициент сцепления ходового устройства с грунтом; g = 981 мс2.
Максимальноесопротивлениегрунта копаниюможно найти при hmax из
P01max=ККRKbk(1 cos)=16*1.441*1461(1-0022)=3293
где Кк – удельное сопротивление грунта копанию принимается
длянаибольшейкатегориигрунтавзадании(табл.2);
Rк=16 – радиус дуги описываемой режущей кромкой зуба ковша м; bк*15 026) – ширина по внутренним стенкам ковша м;= 55° – угол поворота ковша.
1.2.Основные размеры базовой части экскаватора
Размеры базовой части экскаватора определяются для основного вида рабочего оборудования. У гидравлического экскаватора таковым является обратная лопата.
1.3.Гусеничное ходовое оборудование
Гусеничный движитель применяется обычно при вместимости ковша q ≥ 08–10 м3 хотя в отечественной и зарубежной практике известны исключения.
Продольная база экскаватора (рис. 1) м определяется из уравнения
где КД = 11 – для экскаваторов с гусеничным движителем; mэ–масса экскаватора т.
Рисунок 1. Схема к определению основных размеров базовой части гусеничного одноковшового гидравлического экскаватора
Отношение колеи (поперечной базы) K экскаватора к продольной базе lг рекомендуется принимать равным
a = Klг = 0761001=0759.
База lг и ширина гусеницы bг должны обеспечивать давление гусениц на грунт pcp не превышающее предельно допустимого [pcp] т.е.
где bг=022*= 022*=02002
[pcp] = 004 МПа – для экскаваторов.
Диаметр опорно-поворотного круга определяется по эмпирической формуле
Dопу=045=045*0910=04095
Величины К и bг необходимо проверить на возможность вписывания опорно-поворотного устройства (ОПУ) между гусеницами (рисунок 1) с зазорами в = 100 мм с каждой его стороны. Эти требования удовлетворяются при соблюдении следующих соотношений:
Высота гусеничного хода м может быть найдена из выражения
Hг=03* =03*=0273 (7)
или назначена по подобию и в соответствии с массой экскаватора
Просвет под поворотной платформой м принимается равным
Кп=125*H=125*0273=0341г .(8)
Высота балок платформы м принимается равной
hпл =015 *015=0137 (9)
Габаритная ширина поворотной платформы Впл ограничивается шириной ж. д. подвижного состава равной 325м.
Определение линейных размеров рабочего оборудования
Линейные размеры рабочего оборудования обратной лопаты при заданной максимальной глубине копания Нк зависят также от массы экскаватора mэ высотных размеров hпс hцс и размеров опорного контура базовой части машины в частности lг или lК и К.
Диапазон вариации параметров рабочего оборудования определяются по эмпирической зависимости
П=К *A (1+ Кv )=238*0628*(1 (15)
где П – искомый параметр м; А – величина зависящая от типа ходового оборудования м; принимается для гусеничных экскаваторов А = 05 К' и Кv
– коэффициенты соответственно пропорциональности и вариации принимаемые по табл. 3.
Следует иметь в виду что максимальная глубина копания реализуется только при копании траншеи. Тогда Hкmax= Hкт. Глубина копания котлована тем же рабочим оборудованием будет составлять
Нкк = 080Hкт=080*2=16
Вычисленные по эмпирической зависимости (15) основные линейные размеры рабочего оборудования и имеющие предварительный ориентировочный характер следует проверить по условию обеспечения минимальной энергоемкости копания поворотом ковша и поворотом рукояти.
В этом случае радиус копания поворотом ковша составит Rk== (16)
Данные к определению параметров рабочего оборудования обратная лопата гидравлического экскаватора
Наименование элементов рабочего оборудования [и др.] размеров
Высота пяты стрелы hпс
Радиус поворота пяты стрелы rпс
Высота шарнира цилиндра стрелы hцс
Радиус поворота шарнира цилиндра стрелы rцс
Расстояние от пяты стрелы до шарнира штока цилиндра стрелы l1
Расстояние от шарнира штока цилиндра стрелы до шарнира поворота рукояти l2
Длина консоли рукояти l8
Расстояние между шарнирами l4
Расстояние между шарнирами l5
Расстояние между шарнирами l6
Расстояние между шарнирами l7
Расстояние от пяты стрелы до шарнира гидроцилиндра рукояти l3
Угол излома стрелы 1 рад (при А=1)
Длина ковша с учетом износа зубьев равного 075 от предельного износа будет равна
lк=095 Rк =095*0974=09253(17)
длина рукояти может быть проверена по формуле
В формулах (16)–(18) Кн Крых – коэффициенты наполнения ковша и рыхления грунта (табл. 1); кк – угол поворота ковша град принимается -кк = 100°; hc – средняя толщина срезаемой стружки м принимается
рк – угол поворота рукояти град принимается рк 50°.
Параметры стрелоподъемного механизма должны обеспечить минимально возможную металлоемкость рабочего оборудования.
Это требует рационального расположения пяты стрелы и пяты стрелоподъемного гидроцилиндра (рис. 5) координаты которых следует уточнить по эмпирическим зависимостям [2]
Rпс= rцс - 018* lг =04175-018*1001=02373
Hпс= hцс+ 015- lг =067+015*1001=08201 (19)
или по рекомендациям [14]:
hпс= hцс+ rцс –rпс+ Sо cos1 =067+04175-02373+18*cos72=1046
rцс=05Dопу * 010=05*0635+010=0417 (20)
Рисунок 4. Схема к определению координат крепления стрелы.
где S0 – длина стрелоподъемного гидроцилиндра в сложенном состоянии м; принимается для экскаваторов III–V размерных групп S0= 18 м; v1= 72° – допустимый угол давления в шарнире "шток–стрела".
1.Построение рабочей зоны
Рабочая зона полноповоротного экскаватора – замкнутая торообразная фигура вращения. Вертикальное ее сечение (рис. 5) определяется предельными кинематически возможными положениями режущей кромки рабочего органа. Для обеспечения необходимых перемещений ковша в рабочей зоне экскаватора I – VII размерных групп задаются угловые перемещения стрелы асв+асн= 85° рукояти ар=90° арн=30° ковша ак =140° с начальным отворотом от рукояти ак нач.= 25° при отношении lclp= 18.
Выбранные размеры звеньев lc lp lк должны обеспечить основные размеры рабочей зоны (рис. 6):
а). Максимальную глубину копания Нк этому соответствует предельно опущенная стрела (угол асн ≤ 52–45°) звенья lp и lк вертикальны (положение О1О3NJ).
б). Наибольший радиус копания RКС на уровне стоянки экскаватора при этом рукоять предельно отвернута а звенья lс и lк спрямлены в одну линию (положение О1PN2M).
в). Наибольшую высоту выгрузки Нв при этом стрела максимально поднята на угол асв рукоять максимально отвернута а ковш подвернут (положение О1PN2M).
Высота выгрузки Hв при указанных выше угловых перемещениях стрелы обеспечивается автоматически.
По результатам этих расчетов строится осевой профиль рабочей зоны обратной лопаты контур которого состоит из дуг окружностей последовательно описанных из центров O1 O2 O8 (рис. 6). В процессе построения рабочей зоны уточняются выбранные значения lс и lр. Используя рассчитанные параметры базовой части рабочего оборудования и построенный профиль рабочей зоны экскаватора следует вычертить общий вид машины в двух проекциях используя чертежи экскаватора-аналога. Окончательно определить места и конструкции крепления шарниров гидроцилиндров уточнить конструкции рычажных механизмов поворота ковша и проверить обеспечение всех угловых перемещений ковша рукояти и стрелы.
Рисунок 5. Осевой профиль рабочей зоны обратной лопаты
Для ковшей вместимостью 032; 04; 05; 063; 10; 125; 20;
; 32 рекомендуются следующие соотношения между их размерами м (рис. 6):
R1=11+026=11+026=1244
l1=045 +008=045 +008=0486
r2=022+08=022+08=0276
а=27; a b= 20; а=48; а2=16.
По заданной величине q используя эти зависимости рассчитывают параметры проектируемого ковша по которым выполняется чертеж последнего.
Произведение площади боковой поверхности ковша на ширину bк должно быть равно q с допустимым отклонением ± 2 %.
Конструкцию ковша рукояти и стрелы следует разрабатывать используя последние достижения в практике проектирования этих устройств.
2.Определение параметров гидроцилиндров
Из равенства работ выполняемых гидроцилиндром и расходуемой машиной на копание грунта при заполнении ковша вместимостью q м3 определим рабочий объем гидроцилиндра дм3
где Кк – удельная энергоемкость копания кПа (табл. 2); принимается для высшей категории грунта по заданию; Кн Крых – коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта;
р–давление рабочей жидкости МПа; пов пр–к.п.д. соответственно системы поворота рукояти (ковша) и использования мощности привода принимаются пов = 08 и пр=09.
Рабочий объем гидроцилиндра дм3 выраженный через его диаметр DЦ М и ход поршня Lп м составит откуда диаметр гидроцилиндра м будет равен
qg=1000*2=250*314*45962*125=2073414 (22)
откуда диаметр гидроцилиндра м будет равен
Dц= 00357 =00357=4597 (23)
Величины Lп гидроцилиндров стрелы рукояти ковша устанавливается по условию обеспечения угловых перемещений этих элементов рабочего оборудования. Для привода стрелы и рукояти предварительно можно принимать (с последующим уточнением) гидроцилиндры с ходом поршня Lп = 125 м.
Требуемая подача насоса дм3мин
где tкоп – время расходуемое на операцию копания грунта c; принимается tкоп = 03 tц с; tц – продолжительность цикла с; принимается по табл. 1.1.
Расчет нагрузок на рабочее оборудование
1. Определение сопротивлений грунтов копанию
Главной рабочей нагрузкой является сопротивление грунта копанию кН
P01=kкbк h* kк F=095*0545=0521 (25)
где kк – удельное сопротивление грунтов копанию кПа (табл. 2);
bK h – ширина и толщина срезаемого грунта м.
Площадь поперечного сечения срезаемой стружки грунта м2 при криволинейной траектории движения ковша
Путь копания поворотом ковша м определится из выражения (рис. 8)
=(Ip+Ik)=(00667+0925)=1902 (27)
Сопротивления копанию следует определить для грунтов всех категорий указанных в задании.
2.Расчет активных и реактивных сил и давлений в гидроцилиндрах
2.1.Определение активных сил на зубьях ковша
Расчетное положение рабочего оборудования:
стрела предельно опущена а рукоять отвернута.
В цилиндре ковша с площадью поршня F (м2) действует давление рн МПа и развивается усилие (кПа)
РЦК=103рнF=103*63*0548=34524 (28)
Из Мс = 0 определяется усилие в тяге кН
T= РЦК =34524*=3551 (29)
Из уравнения Мо=0 определяются активные силы развиваемые на режущей кромке зубьев ковша как касательные к траектории их движения.
Траектория разбивается на 5–10 примерно равных участков
(рис. 8) и для каждой точки касательная составляющая сопротивления копанию находится из выражения
Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре рукояти при копании поворотом ковша
Реактивные силы в гидроцилиндре рукояти кН определяются из уравнения статического равновесия сил относительно шарнира В:
Реактивное давление защемленного объема рабочей жидкости в гидроцилиндре рукояти МПа при площади поршня F (м2) составит
Величины Рцр и Рцl определяются при дискретных значениях Р01 полученных для точек 1–n на траектории движения зуба при повороте ковша от 0° до максимального значениям ак для трех расчетных положений:
–стрела предельно опущена и рукоять максимально отвернута;
–копание на глубине 23 от максимальной головной шарнир стрелы на уровне стоянки экскаватора ось рукояти вертикальна;
–рукоять горизонтальна при положении шарнира стрелы на 05 м ниже уровня стоянки машины.
Здесь и далее руководитель курсового проекта определяет по каким из перечисленных расчетных положений рабочего оборудования осуществлять расчеты.
Если получится рцр ≥ 2рн то следует изменить соответствующим образом кинематику рабочего оборудования или размеры гидроцилиндра.
2.2.Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре стрелы при копании поворотом ковша
Реактивные силы в гидроцилиндре стрелы кН определяются из уравнения статического равновесия сил относительно шарнира А:
Реактивное давление МПа определяются из выражения
где F – площадь поршня гидроцилиндра стрелы (м2) на которую
Силы р и давления рцс определяются с учетом действия
действует сил Р01 в точках (1–n) на траектории движения зуба при повороте ковша от 0° до ак max для двух расчетных положений:
–стрела предельно опущена рукоять максимально отвернута;
–копание на глубине 23 от максимальной головной шарнир стрелы на уровне стоянки экскаватора ось рукояти вертикальна.
2.3.Определение активных сил на зубьях ковша
Расчетное положение рабочего оборудования: стрела предельно опущена рукоять максимально отвернута и линия соединяющая ось шарнира ковша и режущую кромку зуба является продолжением оси рукояти.
Активная сила на режущей кромке ковша развиваемая гидроцилиндром рукояти определится из МB= 0 и составит
2.4.Определениереактивныхсили давленийв гидроцилиндре ковша.
Имея в виду что Рцк=рцкF решим совместно последние два уравнения и получим
2.5.Определениереактивныхсилидавленийв гидроцилиндрах стрелы
Из МА = 0 сила реакции гидроцилиндра стрелы
Рцс=Рцс F где F – рабочая площадь
Реактивное давление гидроцилиндров стрелы кг.
Расчетные положения рабочего оборудования:
–стрела максимально опущена а рукоять предельно отверну- та; линия зева ковша на продолжении оси рукояти;
–головной шарнир стрелы на уровне стоянки копание на глубине 23 от максимальной; линия зева ковша на продолжении оси рукояти.
2.6.Определение активной силы на ковше по условию устойчивости экскаватора
Возможное усилие Р01 на зубьях ковша по условию устойчивости экскаватора относительно точки Д определяется при условии равенства моментов опрокидывающего Мо и удерживающего Му т.е. при Ку = 1.
Удерживающий момент будет равен
где Gпп – сила веса поворотной платформы кН действующая на плече Gх – сила веса ходового оборудования кН действующая на плече lдх м.
Опрокидывающий момент относительно ребра опрокидывания (гусеница колесо выносные опоры) при P02 = 0 определится из выражения.
Мо=Р01(а-+(a-)+-a)+=Р01(a-)+ (36)
Мо =12755(076-139)+5(076-80)+049(139-076)+25(015-076)=
Имея ввиду что Му=Мо из последнего уравнения можно найти предельное значение силы копания на зубьях ковша из условия опрокидывания экскаватора.
3.Определениеактивнойсилыгидроцилиндров подъема стрелы
Активная сила развиваемая гидроцилиндрами подъема стрелы может быть найдена из уравнения МА = 0 и составит
Определяется она для следующих расчетных положений:
–стрела максимально опущена; рукоять повернута на 30°; ковш заполнен грунтом III категории и повернут на угол при котором грунт не высыпается начало подъема;
–подъем ковша с глубины Нк=(23)Нк ma рукоять повернута на угол 30°; линия зева ковша горизонтальна;
–подъем груженого рабочего оборудования с уровня стоянки экскаватора рукоять повернута на 13 а ковш повернут на угол ак=(23)ак
–ковш с грунтом на максимальном вылете;
стрела максимально поднята рукоять горизонтальна ковш полностью подвернут.
Расчет параметров механизма поворота
Общий расчет поворотного механизма состоит в определении необходимой мощности поворотного движения Nп и мощности двигателя Nдв.п выборе двигателя и кинематическом расчете передаточного механизма.
Исходные данные для расчета:
–расчетный угол поворота п град (рад);
–расчетное время поворота tп с;
–момент инерции поворотной части экскаватора с груженым Jг и порожним Jп ковшом тм2;
–максимально возможная угловая скорость поворота max
(при номинальной скорости двигателя дв.н).
При угле п 90° имеет место двухпериодный режим поворота состоящий из периодов разгона и торможения а в случае 90° ≤ п 360° будет трехпериодный режим поворота характерный наличием разгона движения с постоянной максимальной угловой скоростью поворота и торможения.
Момент инерции тм2 поворотной части при вылете ковша обратной лопаты равном 23 от максимального может быть найден по эмпирической зависимости:
Jп=Jг-mг*r2=2051-1330*02762=925
где mэ mг – массы соответственно ковша и грунта в ковше т; rг –
радиус центра масс грунта в ковше м.
Момент необходимый для осуществления двухпериодного поворота платформы экскаватора можно найти из выражения
МДmax*Ip===819802 (38)
Jср=05(Jг+Jп)=05(2051+925)=1017
где 'п – заданный угол поворота в одном направлении рад; acp – коэффициент внешней характеристики двигателя; п–к. п. д. механизма поворота принимается п =075–08; [tn] – допустимая (заданная) продолжительность поворота с; е – коэффициент пропорциональности; принимается для приводов с гидродвигателем u=345; iп – передаточное число поворотного механизма.
Коэффициент зависящий от характеристики двигателя определяется из выражения
аср==Q+=01+=1142 (39)
где –коэффициент учитывающий влияние инерции вращающихся масс поворотного механизма; принимается =01 для тихоходных высоко-моментных гидро-двигателей и
для быстроходных низкомоментных гидродвигателей. Продолжительность поворота (сек.) для предварительного расчета может быть принята из выражения
[tn]=tпг= tпп =033*tца=033*8=1133 (40)
где tца и mэа – продолжительность рабочего цикла с и масса экскаватора аналога т.
После подсчета Мд.max iп его необходимо проверить по условию что приведенный к поворотной платформе движущий момент не превышает предельного момента сил сцепления движителя с грунтом т.е.
МДmax*Inп===5654 (41)
где Рп – сопротивление повороту движителя Н; К – колея м; mэ – масса экскаватора кг; g = 981 мс2; f = 03– коэффициент сопротивления повороту принимается тем больше чем меньше радиус поворота.
Если условие (41) удовлетворяется то можно провести расчет максимальной угловой скорости поворота (радс) соответствующей моменту окончания периода разгона tр по зависимости
max= Г(П)max=C08 (42)
где С – коэффициент пропорциональности принимаемый для приводов с гидродвигателями равный 08–10; 'п – полное угловое перемещение поворотной платформы в одном направлении при двухпериодном движении включающем разгон и торможение рад.
Здесь коэффициент зависящий от внешней характеристики привода определится из выражения
«плюс» перед соответствует Jг а знак «минус» – Jп.
При постоянном моменте Мд.max iп максимальная мощность поворотного движения будет соответствовать концу разгона платформы при обратном вращении
Nпmax=Мдmaxiппmaxп=5654*19109*1938*075=1570984 (44)
По значению мощности Nп mах подбирается гидро-двигатель мощностью Nгм с последующим корректированием частоты вращения
где nгм ном и Nгм ном – номинальные частота вращения и мощность гидромотора. Передаточное число механизма поворота
где nд = nгм и Nд= Nгм.
Мощность кВт необходимая для привода насоса
где рн ma г = 08– к.п.д. гидросистемы.
По крутящему моменту выбранного гидромотора Мгм можно найти продолжительность полного поворота:
Двухпериодного tп!=е
Для приводов с гидромоторами принимают hp = 105; hт = 092.
Расчет основных параметров механизма передвижения
Тяговый расчет экскаватора с гусеничным движителем проводится для трех режимов передвижения:
–прямолинейное движение на почти горизонтальном участке (ama
–поворотное движение в аналогичных условиях;
–прямолинейное движение на максимальном подъеме
(amax = 22° для экскаваторов I–IV групп).
Общее сопротивление перемещению движителя составит: для первого режима
W0=Wf+Wj + Wj +Wαmin=000853+0162+0053=03003 (47)
для второго и третьего режимов
Womax = Wf + Wj +Wamax=000853+0162+000319=0174 (48)
Где Wf=fmэg=006*00145*981=000853–сопротивление прямолинейному движению Н;
f – коэффициент сопротивления движению; принимается f=006.
Wj=002mэg=002*00145*981 – сопротивление сил инерции Н; Wam Н;
Wп = fпmэg=03*00145*981=00427 – сопротивление повороту на минимальном радиусе Rm
Wamax=fmэgsinamax=006*00145*981*0374–сопротивление подъему на amax. При групповом приводе движителя гусеничных и пневмоколесных экскаваторов скорости передвижения определяются из выражения
Vmax(min)===7494 (49)
где kвых – коэффициент падения мощности двигателя Nдв (кВт) из-за колебаний нагрузки принимается kвых =082; hт – к.п.д. транс- миссии привода ходового устройства; Wmin(max) – минимальное (максимальное) сопротивление движению кН.
Для пневмоколесных экскаваторов сопротивления перемещению определяются только для первого и третьего режимов. При дискретном регулировании скоростей их число n должно быть не менее четырех. Частные значения скоростей должны представлять геометрическую прогрессию a=VmaxVmin со знаменателем (n-1)-1.
Максимальный крутящий момент на валу гидромотора Нм
где rс – силовой радиус ведущего колеса (ведущей звездочки) м; на плотном грунте rс = r0 – 012Bш=14-012*225=2109 r0 – радиус недеформированной шины м; Вш – ширина профиля шины м; u hп – к.п.д. этой передачи.
Передаточное число механической передачи
где Qн ma hоб – объемный к.п.д. гидропривода; qгм – рабочий объем гидромотора см3об; V – скорость передвижения экскаватора кмч. Проверяется соответствие максимальной частоты вращения гидромотора принятому ux и заданным величинам V и rс по условию.
Если это условие не выполняется то следует выбрать другой гидромотор или уменьшить V. При раздельном приводе гусениц выбирают два гидромотора – по одному на каждую гусеницу.
Статический расчет экскаватора
В задачу статического расчета входит:
–уравновешивание поворотной платформы;
–определение устойчивости экскаватора в режимах копания и перебазировки;
–определение реакций в опорно-поворотном устройстве;
–определение давлений движителя на грунт при различных положениях рабочего оборудования.
Уравновешивание поворотной платформы обеспечивается соответствующим размещением на ней оборудования и выбором массы mпр противовеса (контргруза). Для обратной лопаты массу mпр определяют из двух расчетных положений (рис. 10 а б).
Из МВ = 0 (рис. 10 а) сила веса контргруза Н составит
При свободном опирание рабочего оборудования о грунт на максимальном вылете ковша из МA = 0 сила веса контргруза Н будет равна
Большее значение массы кг противовеса mпр=Gпрq из полученных по уравнениям (53) (54) принимается для установки на экскаваторе.
Устойчивость обратной лопаты в режиме копания грунта определяется для двух расчетных положений:
Копание у бровки выемки (рис. 10 в) гидроцилиндром рукояти; ковш на 23 заполнен грунтом действует Р01ma запас устойчивости при этом должен быть в пределах Ку=MyМ0 = 105.
Экскаватор стоит на площадке с уклоном 5° в сторону стрелы располагающейся поперек ходового оборудования; ковш с грунтом IV категории (g = 1900 кгм3) на максимальном вылете; поворот на выгрузку с расчетной частотой вращения n = 9 мин–1; при расчете суммарных моментов удерживающих и опрокидывающих следует учитывать моменты от центробежных сил запас устойчивости при этом Ку = My М0 ≥ [Ку] = 115.
Устойчивость экскаватора при передвижении собственным ходом (рис. 10 д е) на подъем (с ama предельный угол [ama
Реакции в опорно-поворотном круге а также давления движителя экскаватора на грунт если это предусмотрено заданием на курсовое или дипломное проектирование можно определить по известным методикам.
Определение технической производительности экскаватора
Техническую производительность одноковшового экскаватора м3ч определяют по формуле
где q–геометрическая вместимость ковша м3; Кн Крых– коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта (табл.2).
Продолжительность рабочего цикла одноковшового экскаватора с представляется суммой составляющих: tкоп – продолжительность копания с; tпгtпп – продолжительности поворота платформы с груженым и порожним ковшом с; tр – продолжительность разгрузки ковша с т.е.
tц=tкоп+tпг+tp+tпп 43200+156+161+167=4320484 (56)
Продолжительность отдельной операции с может быть найдена по эмпирической зависимости
где Кi – коэффициент пропорциональности (табл. 4).
Значения коэффициентов Кi
Наименование операции
Для экскаваторов массой т
Гидравлический экскаватор ЭО-4121 Н.И. Гаврилов А.Е. Литвак Ю.Н. Игошин [и др.]. – М.: Машиностроение 1980. – 232 с.
Гидравлический экскаватор ЭО-5124 В.Л. Болтыхов А.И. Филатов А.П. Фейдлес [и др.]. – М.: Машиностроение 1991. – 256 с.
Добронравов С.С. Строительные машины и оборудование: справочник для строит. спец. вузов и инж. техн. Работников С.С. Добронравов. – М.: Высш. шк. 1991. – 456 с.
Машины для строительства и содержания дорог и аэродромов. Исследование расчет конструирование: учеб. Пособие [Электронный ресурс] Павлов В. П. Минин В. В. Байкалов В. А. Артемьев М. И.– Электрон. дан. – Сибирский федеральный университет 2011.
Домбровский Н.Г. Строительные машины (в 2 ч.). Ч. II: учебн. для студ. вузов Н.Г. Домбровский М.И. Гальперин. – М.: Высш. шк. 1985. – 224 с.
Машины для земляных работ А.К. Рейш С.М. Борисов Б.Ф. Бандаков; под ред. С.П. Епифанова [и др.] 2-е изд. – М.: Стройиздат 1981. – 352 с.
Машины для земляных работ: учебник Н.Г. Гаркави В.И. Аринченков В.В. Карпов [и др.]; под ред. Н.Г. Гаркави..

экскаватор.dwg

Растояние от шарнира штока цилиндра стрелы до шарнира поворота рукояти
Растояние от пяты стрелы до шарнира стока цилиндра стрелы
Высота шарнира цилиндра стрелы
Радиус поворота шарнира цилиндра стрелы
Длинна консоли рукояти
Угол перемещения стрелы
Угол предельно опущеной стрелы
Растояние от пяты стрелы до шарнира гидроцилиндра рукояти
Сопротивление грунта копанию
Отношение коллеи поперечной бызы
Экскаватор с рабочим

ковш.dwg

Ширина между режущими зубьями
Угол режущей накладки
Радиус ковша режущей кромки
Радиус между лезвием среднего зуба
Кординаты центра кривезны
Координаты кривезны задней стенки
Диаметр крепления отверсия ковша
03.04.018.00.00.03.СЧ
Ковш обратной лопаты

ПЗ.docx

Выбор и обоснование основных параметров экскаваторов . 2
1.Определение массы и размеров базовой части экскаватора 3
1.1.Масса экскаватора и вместимость ковша .6
1.2.Основные размеры базовой части экскаватора 6
1.2.Гусеничное ходовое оборудование 6
1.3.Пневмоколёсное ходовое оборудование . ..8
Определение линейных размеров рабочего оборудования .. .12
1.Построение рабочей зоны . 16
2.Определение параметров гидроцилиндров 19
Расчет нагрузок на рабочее оборудование .. 21
1.Определение сопротивлений грунтов копанию 21
2.Расчет активных и реактивных сил и давлений в гидроцилиндрах . 21
2.1. Определение активных сил на зубьях ковша .. . ..21
2.2. Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре стрелы при копании поворотом ковша . ..23
2.3. Определение активных сил на зубьях ковша ..24
2.4. Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре ковш ..25
2.5. Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндрах стрелы .. .. 25
2.6. Определение активной силы на ковше по условию устойчивости экскаватора . ..26
3. Определение активной силы гидроцилиндров подъема стрелы..27
Расчет параметров механизма поворота 27
Расчет основных параметров механизма передвижения ..32
Статический расчет экскаватора .35
Определение технической производительности экскаватора .37
Выбор и обоснование основных параметров экскаваторов
Выбор и расчет параметров проводятся на основе следующих исходных данных:
тип рабочего оборудования – обратная лопата; категории разрабатываемых грунтов; вместимость ковша q м3;
производительность эксплуатационная Пэ м3смену (включается если не задана величина q);
наибольшая глубина копания Hк м;
удельное сопротивление грунта копанию Ку МПа; тип ходового оборудования.
Разработать в проекте**
*Ходовое оборудование: Г – гусеничное; ГУ-гусеничное уширенное; П – пневмоколесное;
** Рабочее оборудование: Стрела: 1 – моноблочная 2 –составная;
1.Определениемассыиразмеровбазовой части экскаватора
1.1.Масса экскаватора и вместимость ковша
Масса экскаватора эксплуатационная (главный параметр машины) mэ т связана с геометрической вместимостью ковша q м3 через удельную массу Km тм3 следующей зависимостью
Mэ=Кm * q=126*06=0756(1)
Удельная масса может быть принята из справочных данных или найдена по массе mэа и вместимости ковша qa экскаватора аналога (ближайшего по значению q с аналогичным рабочим оборудованием указанным в прил. 1) из формулы
Кm=mэа qа =06305=126(2)
Если в задании величина q не указана а приведена сменная эксплуатационная производительность Пэ м3см то следует вычислить ориентировочную вместимость ковша по формуле
где tц – продолжительность цикла с; принимается для строительных экскаваторов с Пэ ≤ 1500 м3см; tц= 16с; tсм – продолжительность смены ч; Крых и Кн – коэффициенты разрыхления грунта и наполнения ковша (табл. 2); Kв – коэффициент использования машины во времени; принимается Kв = 08
Значения удельного сопротивления грунта копанию Кк коэффициентов разрыхления грунта Крых и наполнения ковша грунтом Кн
Песок супесь мягкий и разрыхленный суглинок
Массу рабочего оборудования экскаватора и составляющих его элементов определим по эмпирическим зависимостям:
–массу рабочего оборудования mро=028mэ=028*0756=0212
–массу ковша mк =021mро =021*0212=0045
–массу стрелы mс=05mро =05*0212=0106
–массу рукояти mр=029mро 029*0212=0061
При известной величине q масса экскаватора mэ вычисляется из условия обеспечения запаса по сцеплению ходового устройства с грунтом при копании поворотом ковша на уровне стоянки машины. Стружка срезаемого грунта максимальной толщины h касательная составляющая силы копания Р01 горизонтальна. В таком случае
где= 07 – коэффициент сцепления ходового устройства с грунтом; g = 981 мс2.
Максимальноесопротивлениегрунта копаниюможно найти при hmax из
P01max=ККRKbk(1 cos0)=16*1.441*1461(1-0022)=3293
где Кк – удельное сопротивление грунта копанию принимается
длянаибольшейкатегориигрунтавзадании(табл.2);
Rк=16 – радиус дуги описываемой режущей кромкой зуба ковша м; bк*15 026) – ширина по внутренним стенкам ковша м; = 55° – угол поворота ковша.
1.2.Основные размеры базовой части экскаватора
Размеры базовой части экскаватора определяются для основного вида рабочего оборудования. У гидравлического экскаватора таковым является обратная лопата.
2.2.Гусеничное ходовое оборудование
Гусеничный движитель применяется обычно при вместимости ковша q ≥ 08–10 м3 хотя в отечественной и зарубежной практике известны исключения.
Продольная база экскаватора (рис. 1) м определяется из уравнения
где КД = 11 – для экскаваторов с гусеничным движителем; mэ–масса экскаватора т.
Рисунок 1. Схема к определению основных размеров базовой части гусеничного одноковшового гидравлического экскаватора
Отношение колеи (поперечной базы) K экскаватора к продольной базе lг рекомендуется принимать равным
a = Klг = 0761001=0759.
База lг и ширина гусеницы bг должны обеспечивать давление гусениц на грунт pcp не превышающее предельно допустимого [pcp] т.е.
где bг=022*= 022*=02002
[pcp] = 004 МПа – для экскаваторов.
Диаметр опорно-поворотного круга определяется по эмпирической формуле
Dопу=045=045*0910=04095
Величины К и bг необходимо проверить на возможность вписывания опорно-поворотного устройства (ОПУ) между гусеницами (рисунок 1) с зазорами в = 100 мм с каждой его стороны. Эти требования удовлетворяются при соблюдении следующих соотношений:
Высота гусеничного хода м может быть найдена из выражения
Hг=03* =03*=0273 (7)
или назначена по подобию и в соответствии с массой экскаватора
Просвет под поворотной платформой м принимается равным
Кп=125*H=125*0273=0341г .(8)
Высота балок платформы м принимается равной
hпл =015 *015=0137 (9)
Габаритная ширина поворотной платформы Впл ограничивается шириной ж. д. подвижного состава равной 325м.
2.3.Пневмоколесное ходовое оборудование
Пневмоколесный движитель применяется обычно на экскаваторах с вместимостью ковша q ≤ 05–10 м3 но также могут быть и имеют место исключения.
Базовая часть одноковшовых экскаваторов на пневмоколесном ходу отличается лишь движителем а поэтому и высотным положением поворотной платформы (рис. 2).
Рисунок 2. Схема к определению основных размеров базовой части пневмоколесного одноковшового гидравлического экскаватора
Диаметр колес и размеры пневматических шин определяют по возможной максимальной нагрузке на колесо (когда выносные опоры не принимают участия в работе) для двух расчетных положений (рис. 3):
При расположении стрелы по продольной оси машины.
Когда ось стрелы направлена на одно колесо.
Если принять что нагрузка от ходовой части Gx распределяется по колесам равномерно то полная нагрузка на колесо составит (рис. 3):
где Р – результирующая сила весовых и рабочих нагрузок приведен- ная к центру опорного контура (точка О) путем замены ее вертикаль- ной силой Р действующей в т. О и моментов в двух плоскостях:
М х=Р* l sinпч=4324*0242*sin30=5228
Муо=Р(l cosпч*lпч )=4324(0242*cos30*6258)=27946
где lпч – смещение центров поворотной и ходовой частей.
Рисунок 3. Схема к определению нагрузки на колесо
На предварительной стадии расчета силу P кН можно принять равной сумме весовой нагрузки от поворотной части
экскаватора 064mэg и наибольшей силы копания для данной размерной группы экскаватора (табл. 1.1.) т.е.
Р= 064m g+ P01max=064*0756+3294=4324
Для первого расчетного положения нагрузка на колеса составит
Для второго расчетного положения нагрузка на колесо С составит
Здесь р – давление воздуха в камере Па; Dк Вш –наружный диаметр и ширина шины м.
Наружный диаметр шины без нагрузки м
Dк=216*Вш+d=216*173+55=42868
где d – внутренний диаметр шины (второе число в обозначениях шины) м. Обычно передние колеса одношинные а задние двухшинные.
Продольная база пневмоколесных экскаваторов составляет
lк= 138=138*0756=1043(12)
а поперечная база (колея)
К=073*lк=073*1043=0762(13)
Здесь коэффициенты пропорциональности соответствуют массам экскаваторов mэ = 10т.
Ось вращения поворотной платформы смещена от середины ходовой тележки к задним колесам на расстояние (рис. 3)
Lпч= lк 6 =12576=02095
Просвет под поворотной платформой
Кп= 104 Dк=104*42868=44583.(14)
Остальные размеры базовой части пневмоколесных экскаваторов определяются так же как и для гусеничных.
Определение линейных размеров рабочего оборудования
Линейные размеры рабочего оборудования обратной лопаты при заданной максимальной глубине копания Нк зависят также от массы экскаватора mэ высотных размеров hпс hцс и размеров опорного контура базовой части машины в частности lг или lК и К.
Диапазон вариации параметров рабочего оборудования определяются по эмпирической зависимости
П=К *A (1+ Кv )=238*0628*(1 (15)
где П – искомый параметр м; А – величина зависящая от типа ходового оборудования м; принимается для гусеничных экскаваторов А = 05 К' и Кv
– коэффициенты соответственно пропорциональности и вариации принимаемые по табл. 3.
Следует иметь в виду что максимальная глубина копания реализуется только при копании траншеи. Тогда Hк max = Hкт. Глубина копания котлована тем же рабочим оборудованием будет составлять
Нкк = 080Hкт=080*2=16
Вычисленные по эмпирической зависимости (15) основные линейные размеры рабочего оборудования и имеющие предварительный ориентировочный характер следует проверить по условию обеспечения минимальной энергоемкости копания поворотом ковша и поворотом рукояти.
В этом случае радиус копания поворотом ковша составит Rk== (16)
Данные к определению параметров рабочего оборудования обратная лопата гидравлического экскаватора
Наименование элементов рабочего оборудования [и др.] размеров
Высота пяты стрелы hпс
Радиус поворота пяты стрелы rпс
Высота шарнира цилиндра стрелы hцс
Радиус поворота шарнира цилиндра стрелы rцс
Расстояние от пяты стрелы до шарнира штока цилиндра стрелы l1
Расстояние от шарнира штока цилиндра стрелы до шарнира поворота рукояти l2
Длина консоли рукояти l8
Расстояние между шарнирами l4
Расстояние между шарнирами l5
Расстояние между шарнирами l6
Расстояние между шарнирами l7
Расстояние от пяты стрелы до шарнира гидроцилиндра рукояти l3
Угол излома стрелы 1 рад (при А=1)
Длина ковша с учетом износа зубьев равного 075 от предельного износа будет равна
lк=095 Rк =095*0974=09253(17)
длина рукояти может быть проверена по формуле
В формулах (16)–(18) Кн Крых – коэффициенты наполнения ковша и рыхления грунта (табл. 1); кк – угол поворота ковша град принимается -кк = 100°; hc – средняя толщина срезаемой стружки м принимается
рк – угол поворота рукояти град принимается рк 50°.
Параметры стрелоподъемного механизма должны обеспечить минимально возможную металлоемкость рабочего оборудования.
Это требует рационального расположения пяты стрелы и пяты стрелоподъемного гидроцилиндра (рис. 5) координаты которых следует уточнить по эмпирическим зависимостям [2]
Rпс= rцс - 018* lг =04175-018*1001=02373
Hпс= hцс+ 015- lг =067+015*1001=08201 (19)
или по рекомендациям [14]: hпс= hцс+ rцс –rпс+ Sо cos1 =067+04175-02373+18*cos72=1046
rцс=05Dопу * 010=05*0635+010=0417 (20)
Рисунок 4. Схема к определению координат крепления стрелы.
где S0 – длина стрелоподъемного гидроцилиндра в сложенном состоянии м; принимается для экскаваторов III–V размерных групп S0= 18 м; v1= 72° – допустимый угол давления в шарнире "шток–стрела".
1.Построение рабочей зоны
Рабочая зона полноповоротного экскаватора – замкнутая торообразная фигура вращения. Вертикальное ее сечение (рис. 5) определяется предельными кинематически возможными положениями режущей кромки рабочего органа. Для обеспечения необходимых перемещений ковша в рабочей зоне экскаватора I – VII размерных групп задаются угловые перемещения стрелы асв+асн= 85° рукояти ар=90° арн=30° ковша ак =140° с начальным отворотом от рукояти ак нач.= 25° при отношении lclp= 18.
Выбранные размеры звеньев lc lp lк должны обеспечить основные размеры рабочей зоны (рис. 6):
а). Максимальную глубину копания Нк этому соответствует предельно опущенная стрела (угол асн ≤ 52–45°) звенья lp и lк вертикальны (положение О1О3NJ).
б). Наибольший радиус копания RКС на уровне стоянки экскаватора при этом рукоять предельно отвернута а звенья lс и lк спрямлены в одну линию (положение О1PN2M).
в). Наибольшую высоту выгрузки Нв при этом стрела максимально поднята на угол асв рукоять максимально отвернута а ковш подвернут (положение О1PN2M).
Высота выгрузки Hв при указанных выше угловых перемещениях стрелы обеспечивается автоматически.
По результатам этих расчетов строится осевой профиль рабочей зоны обратной лопаты контур которого состоит из дуг окружностей последовательно описанных из центров O1 O2 O8 (рис. 6). В процессе построения рабочей зоны уточняются выбранные значения lс и lр. Используя рассчитанные параметры базовой части рабочего оборудования и построенный профиль рабочей зоны экскаватора следует вычертить общий вид машины в двух проекциях используя чертежи экскаватора-аналога. Окончательно определить места и конструкции крепления шарниров гидроцилиндров уточнить конструкции рычажных механизмов поворота ковша и проверить обеспечение всех угловых перемещений ковша рукояти и стрелы.
Рисунок 5. Осевой профиль рабочей зоны обратной лопаты
Для ковшей вместимостью 032; 04; 05; 063; 10; 125; 20;
; 32 рекомендуются следующие соотношения между их размерами м (рис. 6):
R1=11+026=11+026=1244
l1=045 +008=045 +008=0486
r2=022+08=022+08=0276
а=27; a b= 20; а=48; а2=16.
По заданной величине q используя эти зависимости рассчитывают параметры проектируемого ковша по которым выполняется чертеж последнего.
Произведение площади боковой поверхности ковша на ширину bк должно быть равно q с допустимым отклонением ± 2 %.
Конструкцию ковша рукояти и стрелы следует разрабатывать используя последние достижения в практике проектирования этих устройств.
2.Определение параметров гидроцилиндров
Из равенства работ выполняемых гидроцилиндром и расходуемой машиной на копание грунта при заполнении ковша вместимостью q м3 определим рабочий объем гидроцилиндра дм3
где Кк – удельная энергоемкость копания кПа (табл. 2); принимается для высшей категории грунта по заданию; Кн Крых – коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта;
р–давление рабочей жидкости МПа; пов пр–к.п.д. соответственно системы поворота рукояти (ковша) и использования мощности привода принимаются пов = 08 и пр=09.
Рабочий объем гидроцилиндра дм3 выраженный через его диаметр DЦ М и ход поршня Lп м составит откуда диаметр гидроцилиндра м будет равен
qg=1000* 2 =250*314*45962*125=
откуда диаметр гидроцилиндра м будет равен
Dц= 00357 =00357=4597 (23)
Величины Lп гидроцилиндров стрелы рукояти ковша устанавливается по условию обеспечения угловых перемещений этих элементов рабочего оборудования. Для привода стрелы и рукояти предварительно можно принимать (с последующим уточнением) гидроцилиндры с ходом поршня Lп = 125 м.
Требуемая подача насоса дм3мин
где tкоп – время расходуемое на операцию копания грунта c; принимается tкоп = 03 tц с; tц – продолжительность цикла с; принимается по табл. 1.1.
Расчет нагрузок на рабочее оборудование
1. Определение сопротивлений грунтов копанию
Главной рабочей нагрузкой является сопротивление грунта копанию кН
P01=kкbк h* kк F=095*0545=0521 (25)
где kк – удельное сопротивление грунтов копанию кПа (табл. 2);
bK h – ширина и толщина срезаемого грунта м.
Площадь поперечного сечения срезаемой стружки грунта м2 при криволинейной траектории движения ковша
Путь копания поворотом ковша м определится из выражения (рис. 8)
=(Ip+Ik)=(00667+0925)=1902 (27)
Сопротивления копанию следует определить для грунтов всех категорий указанных в задании.
2.Расчет активных и реактивных сил и давлений в гидроцилиндрах
2.1.Определение активных сил на зубьях ковша
Расчетное положение рабочего оборудования:
стрела предельно опущена а рукоять отвернута.
В цилиндре ковша с площадью поршня F (м2) действует давление рн МПа и развивается усилие (кПа)
РЦК=103рнF=103*63*0548=34524 (28)
Из Мс = 0 определяется усилие в тяге кН
T= РЦК =34524*=3551 (29)
Из уравнения Мо=0 определяются активные силы развиваемые на режущей кромке зубьев ковша как касательные к траектории их движения.
Траектория разбивается на 5–10 примерно равных участков
(рис. 8) и для каждой точки касательная составляющая сопротивления копанию находится из выражения
Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре рукояти при копании поворотом ковша
Реактивные силы в гидроцилиндре рукояти кН определяются из уравнения статического равновесия сил относительно шарнира В:
Реактивное давление защемленного объема рабочей жидкости в гидроцилиндре рукояти МПа при площади поршня F (м2) составит
Величины Рцр и Рцl определяются при дискретных значениях Р01 полученных для точек 1–n на траектории движения зуба при повороте ковша от 0° до максимального значениям ак для трех расчетных положений:
–стрела предельно опущена и рукоять максимально отвернута;
–копание на глубине 23 от максимальной головной шарнир стрелы на уровне стоянки экскаватора ось рукояти вертикальна;
–рукоять горизонтальна при положении шарнира стрелы на 05 м ниже уровня стоянки машины.
Здесь и далее руководитель курсового проекта определяет по каким из перечисленных расчетных положений рабочего оборудования осуществлять расчеты.
Если получится рцр ≥ 2рн то следует изменить соответствующим образом кинематику рабочего оборудования или размеры гидроцилиндра.
2.2.Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре стрелы при копании поворотом ковша
Реактивные силы в гидроцилиндре стрелы кН определяются из уравнения статического равновесия сил относительно шарнира А:
Реактивное давление МПа определяются из выражения
где F – площадь поршня гидроцилиндра стрелы (м2) на которую
Силы р и давления рцс определяются с учетом действия
действует сил Р01 в точках (1–n) на траектории движения зуба при повороте ковша от 0° до ак max для двух расчетных положений:
–стрела предельно опущена рукоять максимально отвернута;
–копание на глубине 23 от максимальной головной шарнир стрелы на уровне стоянки экскаватора ось рукояти вертикальна.
2.3.Определение активных сил на зубьях ковша
Расчетное положение рабочего оборудования: стрела предельно опущена рукоять максимально отвернута и линия соединяющая ось шарнира ковша и режущую кромку зуба является продолжением оси рукояти.
Активная сила на режущей кромке ковша развиваемая гидроцилиндром рукояти определится из МB= 0 и составит
2.4.Определениереактивныхсилидавленийв гидроцилиндре ковша
Имея в виду что Рцк=рцкF решим совместно последние два уравнения и получим
2.5.Определениереактивныхсилидавленийв гидроцилиндрах стрелы
Из МА = 0 сила реакции гидроцилиндра стрелы
Рцс=Рцс F где F – рабочая площадь
Реактивное давление гидроцилиндров стрелы кг.
Расчетные положения рабочего оборудования:
–стрела максимально опущена а рукоять предельно отверну- та; линия зева ковша на продолжении оси рукояти;
–головной шарнир стрелы на уровне стоянки копание на глубине 23 от максимальной; линия зева ковша на продолжении оси рукояти.
2.6.Определение активной силы на ковше по условию устойчивости экскаватора
Возможное усилие Р01 на зубьях ковша по условию устойчивости экскаватора относительно точки Д определяется при условии равенства моментов опрокидывающего Мо и удерживающего Му т.е. при Ку = 1.
Удерживающий момент будет равен
где Gпп – сила веса поворотной платформы кН действующая на плече Gх – сила веса ходового оборудования кН действующая на плече lдх м.
Опрокидывающий момент относительно ребра опрокидывания (гусеница колесо выносные опоры) при P02 = 0 определится из выражения.
Мо= Р01(а-+(a-)+-a)+= Р01(a-)+ (36)
Мо =12755(076-139)+5(076-80)+049(139-076)+25(015-076)=
Имея ввиду что Му=Мо из последнего уравнения можно найти предельное значение силы копания на зубьях ковша из условия опрокидывания экскаватора.
3.Определениеактивнойсилыгидроцилиндров подъема стрелы
Активная сила развиваемая гидроцилиндрами подъема стрелы может быть найдена из уравнения МА = 0 и составит
Определяется она для следующих расчетных положений:
–стрела максимально опущена; рукоять повернута на 30°; ковш заполнен грунтом III категории и повернут на угол при котором грунт не высыпается начало подъема;
–подъем ковша с глубины Нк=(23)Нк ma рукоять повернута на угол 30°; линия зева ковша горизонтальна;
–подъем груженого рабочего оборудования с уровня стоянки экскаватора рукоять повернута на 13 а ковш повернут на угол
–ковш с грунтом на максимальном вылете;
стрела максимально поднята рукоять горизонтальна ковш полностью подвернут.
Расчет параметров механизма поворота
Общий расчет поворотного механизма состоит в определении необходимой мощности поворотного движения Nп и мощности двигателя Nдв.п выборе двигателя и кинематическом расчете передаточного механизма.
Исходные данные для расчета:
–расчетный угол поворота п град (рад);
–расчетное время поворота tп с;
–момент инерции поворотной части экскаватора с груженым Jг и порожним Jп ковшом тм2;
–максимально возможная угловая скорость поворота max
(при номинальной скорости двигателя дв.н).
При угле п 90° имеет место двухпериодный режим поворота состоящий из периодов разгона и торможения а в случае 90° ≤ п 360° будет трехпериодный режим поворота характерный наличием разгона движения с постоянной максимальной угловой скоростью поворота и торможения.
Момент инерции тм2 поворотной части при вылете ковша обратной лопаты равном 23 от максимального может быть найден по эмпирической зависимости:
Jп=Jг-mг*r2=2051-1330*02762=925
где mэ mг – массы соответственно ковша и грунта в ковше т; rг –
радиус центра масс грунта в ковше м.
Момент необходимый для осуществления двухпериодного поворота платформы экскаватора можно найти из выражения
МДmax*Ip===819802 (38)
Jср=05(Jг+Jп)=05(2051+925)=1017
где 'п – заданный угол поворота в одном направлении рад; acp – коэффициент внешней характеристики двигателя; п–к. п. д. механизма поворота принимается п =075–08; [tn] – допустимая (заданная) продолжительность поворота с; е – коэффициент пропорциональности; принимается для приводов с гидродвигателем u=345; iп – передаточное число поворотного механизма.
Коэффициент зависящий от характеристики двигателя определяется из выражения
аср==Q+=01+=1142 (39)
где –коэффициент учитывающий влияние инерции вращающихся масс поворотного механизма; принимается =01 для тихоходных высоко-моментных гидро-двигателей и
=01для быстроходных низкомоментных гидродвигателей. Продолжительность поворота (сек.) для предварительного расчета может быть принята из выражения
[tn]=tпг= tпп =033*tца=033*8=1133 (40)
где tца и mэа – продолжительность рабочего цикла с и масса экскаватора аналога т.
После подсчета Мд.max iп его необходимо проверить по условию что приведенный к поворотной платформе движущий момент не превышает предельного момента сил сцепления движителя с грунтом т.е.
МДmax*Inп===5654 (41)
где Рп – сопротивление повороту движителя Н; К – колея м; mэ – масса экскаватора кг; g = 981 мс2; f = 03– коэффициент сопротивления повороту принимается тем больше чем меньше радиус поворота.
Если условие (41) удовлетворяется то можно провести расчет максимальной угловой скорости поворота (радс) соответствующей моменту окончания периода разгона tр по зависимости
max= Г(П)max=C08 (42)
где С – коэффициент пропорциональности принимаемый для приводов с гидродвигателями равный 08–10; 'п – полное угловое перемещение поворотной платформы в одном направлении при двухпериодном движении включающем разгон и торможение рад.
Здесь коэффициент зависящий от внешней характеристики привода определится из выражения
«плюс» перед соответствует Jг а знак «минус» – Jп.
При постоянном моменте Мд.max iп максимальная мощность поворотного движения будет соответствовать концу разгона платформы при обратном вращении
NпmaxМдmaxiппmaxп=5654*19109*1938*075=1570984 (44)
По значению мощности Nп mах подбирается гидро-двигатель мощностью Nгм с последующим корректированием частоты вращения
где nгм ном и Nгм ном – номинальные частота вращения и мощность гидромотора. Передаточное число механизма поворота
где nд = nгм и Nд= Nгм.
Мощность кВт необходимая для привода насоса
где рн ma г = 08– к.п.д. гидросистемы.
По крутящему моменту выбранного гидромотора Мгм можно найти продолжительность полного поворота:
Двухпериодного tп!=е
Для приводов с гидромоторами принимают hp = 105; hт = 092.
Расчет основных параметров механизма передвижения
Тяговый расчет экскаватора с гусеничным движителем проводится для трех режимов передвижения:
–прямолинейное движение на почти горизонтальном участке (ama
–поворотное движение в аналогичных условиях;
–прямолинейное движение на максимальном подъеме
(amax = 22° для экскаваторов I–IV групп).
Общее сопротивление перемещению движителя составит: для первого режима
W0=Wf+Wj + Wj +Wαmin=000853+0162+0053=03003 (47)
для второго и третьего режимов
Womax = Wf + Wj +Wamax=000853+0162+000319=0174 (48)
Где Wf=fmэg=006*00145*981=000853–сопротивление прямолинейному движению Н;
f – коэффициент сопротивления движению; принимается f=006.
Wj=002mэg=002*00145*981 – сопротивление сил инерции Н; Wam Н;
Wп = fпmэg=03*00145*981=00427 – сопротивление повороту на минимальном радиусе Rm
Wamax=fmэgsinamax=006*00145*981*0374–сопротивление подъему на amax. При групповом приводе движителя гусеничных и пневмоколесных экскаваторов скорости передвижения определяются из выражения
Vmax(min)===7494 (49)
где kвых – коэффициент падения мощности двигателя Nдв (кВт) из-за колебаний нагрузки принимается kвых =082; hт – к.п.д. транс- миссии привода ходового устройства; Wmin(max) – минимальное (максимальное) сопротивление движению кН.
Для пневмоколесных экскаваторов сопротивления перемещению определяются только для первого и третьего режимов. При дискретном регулировании скоростей их число n должно быть не менее четырех. Частные значения скоростей должны представлять геометрическую прогрессию a=VmaxVmin со знаменателем (n-1)-1.
Максимальный крутящий момент на валу гидромотора Нм
где rс – силовой радиус ведущего колеса (ведущей звездочки) м; на плотном грунте rс = r0 – 012Bш=14-012*225=2109 r0 – радиус недеформированной шины м; Вш – ширина профиля шины м; u hп – к.п.д. этой передачи.
Передаточное число механической передачи
где Qн ma hоб – объемный к.п.д. гидропривода; qгм – рабочий объем гидромотора см3об; V – скорость передвижения экскаватора кмч. Проверяется соответствие максимальной частоты вращения гидромотора принятому ux и заданным величинам V и rс по условию.
Если это условие не выполняется то следует выбрать другой гидромотор или уменьшить V. При раздельном приводе гусениц выбирают два гидромотора – по одному на каждую гусеницу.
Статический расчет экскаватора
В задачу статического расчета входит:
–уравновешивание поворотной платформы;
–определение устойчивости экскаватора в режимах копания и перебазировки;
–определение реакций в опорно-поворотном устройстве;
–определение давлений движителя на грунт при различных положениях рабочего оборудования.
Уравновешивание поворотной платформы обеспечивается соответствующим размещением на ней оборудования и выбором массы mпр противовеса (контргруза). Для обратной лопаты массу mпр определяют из двух расчетных положений (рис. 10 а б).
Из МВ = 0 (рис. 10 а) сила веса контргруза Н составит
При свободном опирание рабочего оборудования о грунт на максимальном вылете ковша из МA = 0 сила веса контргруза Н будет равна
Большее значение массы кг противовеса mпр=Gпрq из полученных по уравнениям (53) (54) принимается для установки на экскаваторе.
Устойчивость обратной лопаты в режиме копания грунта определяется для двух расчетных положений:
Копание у бровки выемки (рис. 10 в) гидроцилиндром рукояти; ковш на 23 заполнен грунтом действует Р01ma запас устойчивости при этом должен быть в пределах Ку=MyМ0 = 105.
Экскаватор стоит на площадке (рис. 10 г) с уклоном 5° в сторону стрелы располагающейся поперек ходового оборудования; ковш с грунтом IV категории (g = 1900 кгм3) на максимальном вылете; поворот на выгрузку с расчетной частотой вращения n = 9 мин–1; при расчете суммарных моментов удерживающих и опрокидывающих следует учитывать моменты от центробежных сил запас устойчивости при этом Ку = My М0 ≥ [Ку] = 115.
Устойчивость экскаватора при передвижении собственным ходом (рис. 10 д е) на подъем (с ama предельный угол [ama
Реакции в опорно-поворотном круге а также давления движителя экскаватора на грунт если это предусмотрено заданием на курсовое или дипломное проектирование можно определить по известным методикам.
Определение технической производительности экскаватора
Техническую производительность одноковшового экскаватора м3ч определяют по формуле
где q–геометрическая вместимость ковша м3; Кн Крых– коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта (табл.2).
Продолжительность рабочего цикла одноковшового экскаватора с представляется суммой составляющих: tкоп – продолжительность копания с; tпгtпп – продолжительности поворота платформы с груженым и порожним ковшом с; tр – продолжительность разгрузки ковша с т.е.
tц=tкоп+tпг+tp+tпп 43200+156+161+167=4320484 (56)
Продолжительность отдельной операции с может быть найдена по эмпирической зависимости
где Кi – коэффициент пропорциональности (табл. 4).
Значения коэффициентов Кi
Наименование операции
Для экскаваторов массой т
Гидравлический экскаватор ЭО-4121 Н.И. Гаврилов А.Е. Литвак Ю.Н. Игошин [и др.]. – М.: Машиностроение 1980. – 232 с.
Гидравлический экскаватор ЭО-5124 В.Л. Болтыхов А.И. Филатов А.П. Фейдлес [и др.]. – М.: Машиностроение 1991. – 256 с.
Добронравов С.С. Строительные машины и оборудование: справочник для строит. спец. вузов и инж. техн. Работников С.С. Добронравов. – М.: Высш. шк. 1991. – 456 с.
Машины для строительства и содержания дорог и аэродромов. Исследование расчет конструирование: учеб. Пособие [Электронный ресурс] Павлов В. П. Минин В. В. Байкалов В. А. Артемьев М. И.– Электрон. дан. – Сибирский федеральный университет 2011.
Домбровский Н.Г. Строительные машины (в 2 ч.). Ч. II: учебн. для студ. вузов Н.Г. Домбровский М.И. Гальперин. – М.: Высш. шк. 1985. – 224 с.
Машины для земляных работ А.К. Рейш С.М. Борисов Б.Ф. Бандаков; под ред. С.П. Епифанова [и др.] 2-е изд. – М.: Стройиздат 1981. – 352 с.
Машины для земляных работ: учебник Н.Г. Гаркави В.И. Аринченков В.В. Карпов [и др.]; под ред. Н.Г. Гаркави..

рабочее оборудование экскаватора.dwg

Растояние от шарнира штока цилиндра стрелы до шарнира поворота рукояти
Растояние от пяты стрелы до шарнира стока цилиндра стрелы
Длинна консоли рукояти
Растояние от пяты стрелы до шарнира гидроцилиндра рукояти
Сопротивление грунта копанию
Отношение коллеи поперечной бызы
Рабочее оборудование
03.04.018.00.00.02.РО