Расчет экскаватора ЭО-3322 и проведение патентных исследований

Мой курсовой по МЗР.docx

Технологическая часть .
1.Виды технологических схем производства работ экскаватора..
2.Выбор и обоснования технологической схемы возведения насыпи экскаватором ЭО-3322
Общие сведения об экскаваторах .
1.Назначение классификация и область применения экскаваторов
2.Критический анализ конструкции и технологических параметров экскаватора ..
3.Описание рабочего процесса экскаватора ЭО-3322
Сущность модернизации экскаватора ЭО-3322
1.Патентное исследование и анализ его результатов
2.Описание и технико – экономическое обоснование сущности модернизации экскаватора ЭО-3322
Общий расчет экскаватора ЭО-3322
1.Исходные данные для расчета ..
2.Расчет рабочих усилий и потребной мощности привода
2.1.Определение сил сопротивления копанию грунта (по Домбровскому) .
2.2.Определение сил сопротивления резанию грунта не модернизированным рабочим органом (по Ветрову)
2.3.Определение сил сопротивления резанию грунта модернизированным рабочим органом (по Домбровскому)
3.Тяговый расчет экскаватора ЭО-3322
4.Расчет основных параметров экскаватора ЭО-3322 ..
5.Статический расчет экскаватора ЭО-3322 ..
6.Расчет производительности экскаватора ЭО-3322 .
Список используемой литературы
Дорожное строительство в наше время увеличивает объемы производства и поэтому требует разработки и внедрения новых технологий. Параллельно с дорожным строительством развиваются машиностроение производство дорожно-строительных материалов производство новых машин и оборудования.
Машины для земляных работ широко применяются в промышленном и гражданском строительстве в сельском хозяйстве и горнорудной промышленности строительных материалов. По назначению их разделяют на землеройные транспортирующие грунтоуплотняющие трамбующие вибрационные и другие машины.
Землеройными машинами разрабатывают сыпучие и связные грунты а также рыхлят и погружают мерзлые и скальные грунты.
Земляные работы являются составной частью строительства большинства инженерных сооружений. Одним из ведущих представителей землеройно-транспортных машин является экскаватор. В практике ведущих производителей землеройно-транспортных машин уделяется большое внимание созданию типоразмерных рядов экскаваторов различной мощности объемов ковша и массы спроектированных по единой компоновочной схеме и унифицированных между собой.
К наиболее характерным направлениям развития землеройно-транспортных машин относятся:
) повышение в экономически оправданных пределах единичной мощности машин и оборудования;
) гидрофикация машин путем замены механических приводов гидромеханическими приводами;
) автоматизация управлением положения рабочего оборудования экскаватора;
) снижение материало - и энергоемкости машин повышение их ресурса и надежности а также применение новых материалов с лучшими физико-механическими свойствами и характеристиками;
) конструирование машин и оборудования из унифицированных блоков-модулей что позволяет ускорить процесс создания машины;
Для увеличения производительности землеройных машин необходимо проводить обновление машин а также их модернизацию.
Наряду с этим необходимо производить модернизацию рабочего органа с целью повышения эффективности работы экскаватора в целом.
В данном курсовом проекте рассматривается вариант модернизации одноковшового экскаватора с целью снижения энергоемкости разрушения асфальтобетонных покрытий и упрощение конструкции привода рабочих органов.
Технологическая часть
1.Виды технологических схем производства работ экскаватора
- экскаватор ЭО-4121А; 2 - автомобиль-самосвал МАЗ-503А
Рисунок 1.1. Схема разработки выемок экскаватором ЭО-4121А оборудованным прямой лопатой и погрузка грунта в автомобиль-самосвал.
На рисунке 1.1 1.2 приведены технологические схемы работы экскаватора оборудованного прямой лопатой. Разработку грунта этими экскаваторами ведут как правило выше уровня стоянки машины лобовыми или боковыми проходками. При этом срезанный грунт ковшом перемещают или в отвал или в транспортные средства. При малой ширине лобовой проходки экскаватор 1 движется по центру проходки при большой ширине – зигзагообразно. Автотранспорт 2 в зависимости от условий работы может перемещаться по подошве забоя или по верху разработки.
- экскаватор; 2 - вешки; 3 - автомобиль-самосвал МАЗ-503А
Рисунок 1.2. Схема разработки и погрузки грунта экскаватором ЭО-4121А с прямой лопатой и погрузочным ковшом
Технологические процессы при разработке выемки экскаватором обратная лопата 1 аналогичны описанным в технологической схеме разработки выемки (карьера) экскаватором прямая лопата; они включают разработку грунта в выемке экскаватором с погрузкой в автосамосвалы 3; отсыпку грунта в насыпь; послойное разравнивание грунта бульдозером; уплотнение грунта.
Технологическая схема может применяться также в выемках мерзлого и скального грунта после предварительного разрыхления.
- экскаватор ЭО-3322Б; 2 -вешки; 3 - автомобиль-самосвал ЗИЛ-ММЗ-565
Рисунок 1.3. Схема разработки грунта в выемках экскаватором ЭО-3322Б оборудованный обратной лопатой
Разработка грунта экскаватором обратная лопата 1 производится при стоянке экскаватора наверху разрабатываемой площадки и ведется двумя способами:
проходками с торцовым забоем когда экскаватор перемещается в пределах разрабатываемой им полосы;
проходками с боковым забоем (рисунок 1.4) когда экскаватор перемещается за пределами разрабатываемой им полосы.
Рисунок 1.4. Схема разработки выемки лобовым забоем экскаватором ЭО-3322В (оборудованным обратной лопатой) и выгрузки грунта в отвал
На рисунке 1.3 1.4 показаны технологические схемы разработки грунта экскаватором оборудованным обратной лопатой. При производстве работ такими экскаваторами разработку грунта ведут ниже уровня стоянки экскаватора как правило лобовыми проходками. В ряде случаев например при очистке каналов зачистке откосов котлованов и т.д. используют боковые проходки. Разработку ведут с разгрузкой грунта в отвал или в транспортные средства.
С целью обеспечения удобства и минимума потерь при разгрузке грунта из ковша в транспортные средства машинист смещает ось рабочего перемещения экскаватора в сторону подхода транспортных средств а автомобиль устанавливают таким образом чтобы угол поворота стрелы экскаватора не превышал 70° и при этом угол между осью стрелы и продольной осью автомобиля был не более 40° (рисунок 1.2). При разработке грунта обратной лопатой в отвал (рисунок 1.2) угол поворота стрелы не должен превышать 90°.
Отрывку котлованов шириной 12 14 м экскаватором с обратной лопатой осуществляют лобовой проходкой при зигзагообразном движении
экскаватора а большей шириной - параллельным ходом.
Экскаватор обратная лопата применяется при разработке грунта в выемке с отсыпкой его в кавальер (рисунок 1.3) и отсыпке грунта в насыпь при разработке бокового резерва (рисунок 1.4).
Рисунок 1.5. Схема разработки выемки экскаватором обратная лопата с перемещением грунта в кавальер
3 – последовательность проходок грунтоуплотняющим катком
Рисунок 1.6. Схема отсыпки насыпи экскаватором обратная лопата из резерва
Размеры проходок при разработке грунта прямой лопатой рекомендуется принимать по таблице 1.1.
Таблица 1.1. Размеры проходок экскаватора с прямой лопатой при разгрузке грунта в транспорт.
Вместимость ковша м3
При движении транспорта по подошве забоя
Ширина подошвы забоя м от оси пути экскаватора до:
места погрузки грунта
При движении транспорта по верху разработки
Предельная высота верхней кромки борта кузова транспортного средства над уровнем подошвы забоя м
Наименьшая высота забоя обеспечивающая наполнение ковша грунтом с «шапкой» при разработке прямой лопатой приведена в таблице 1.2. Наибольшую высоту забоя при разработке прямой лопатой принимают равной максимальной высоте резания указанной в таблице 1.3. При разработке крепких и трещиноватых пород экскаваторами с прямой лопатой с применением взрывных работ высота забоя может в 15 раза превышать максимальную высоту резания. При разработке грунта прямой лопатой с предварительным его разрыхлением ширина зоны разрыхления во избежание нависания козырьков над забоем должна быть больше ширины проходок не менее чем на 1 м.
Таблица 1.2. Наименьшая высота забоя м обеспечивающая наполнение ковша экскаватора с «шапкой».
Таблица 1.3. Наибольшая высота забоя при разработке грунта прямой лопатой м.
Угол наклона стрелы к горизонту град.
Наибольшая высота резания м
Для резания ковшом прямой лопаты грунта стружкой наибольшей толщины необходимо:
- соблюдать выгодный наклон ковша относительно продольной оси рукояти применительно к виду разрабатываемого грунта и высоте забоя;
- передвигать экскаватор по мере выработки забоя на величину равную не более 04 хода рукояти и работать при вылете ее не превышающем 23 полной величины хода.
Чтобы не затрачивать время на реверсирование рукояти разработку забоя начинают вести ближе к месту загрузки транспортных средств.
При разработке грунта обратной лопатой размеры проходок рекомендуется выбирать согласно таблице 1.4 и 1.5. Ширину проходки назначают в зависимости от наибольшего радиуса резания обратной лопаты и глубины выемок (таблица 1.5); при разработке грунта с разгрузкой в транспорт ее принимают в размере 12 13 наибольшего радиуса при разгрузке в отвал - соответственно в размере 05. .08.
Таблица 1.4. Наименьшие параметры проходок экскаватора с обратной лопатой.
Наибольшая глубина забоя м при разработке грунтов
Наименьшая ширина подошвы торцевого забоя м
Таблица 1.5. Наибольший радиус резания экскаватора с обратной лопатой.
Угол наклона фазы град.
Наибольший радиус резания м
Разработку грунта экскаватором оборудованным ковшом драглайна
осуществляют ниже уровня стоянки экскаватора лобовыми (рисунок 1.5 а) или
боковыми (рисунок 1.5 б) проходками как в транспортные средства так и в
отвал. В зависимости от условий работы автотранспорт может перемещаться
как по верху разработки (рисунок 1.5 а) так и по подошве забоя
(рисунок 1.5 6). Последняя схема обеспечивает меньшее время разгрузки
ковша за счет меньшей высоты его подъема и меньшего угла поворота
стрелы с ковшом на разгрузку не превышающего 15°. При разгрузке грунта
непосредственно в земляное сооружение или в отвал угол поворота
а- лобовая проходка; б – боковая проходка.
Рисунок 1.7. Технологические схемы разработки грунта экскаватором оборудованным драглайном.
стрелы принимают: при сооружении выемок автодорог - в пределах 90о 120° при возведении насыпей - не более 90°. При разгрузке грунта в транспортные средства на уровне стоянки экскаватора угол поворота стрелы рекомендуется принимать в пределах 70°..180°.
Глубина забоя при разгрузке грунта драглайном не должна превышать 23 полной глубины разработки допустимой для данного экскаватора (таблица 1.6).
Таблица 1.6. Глубина разработки грунтов в зависимости от параметров драглайна.
Угол наклона стрелы град.
Глубина разработки м
Грунт укладываемый драглайном в сооружение или отвал на расстояние превышающее радиус разгрузки к месту укладки перемещают с помощью бульдозера.
При резании грунта драглайном стружка наибольшей толщины достигается:
- обеспечением наиболее выгодного для данного вида грунта и его состояния угла врезания режущего органа ковша путем регулировки подвески ковша к канатам и изменения длины цепей его упряжи;
- применением ковшей полукруглой формы со сплошной режущей кромкой;
- наиболее полным использованием мощности двигателя во время процесса резания грунта ковшом;
- передвижением экскаватора за один раз на длину шага не превышающего 15 длины стрелы.
Во избежание высыпания грунта из ковша после вывода его из забоя и последующего поворота к месту разгрузки передняя (режущая) часть ковша должна быть несколько выше задней.
Поворот экскаватора на разгрузку совмещают с подъемом ковша на высоту разгрузки а поворот от места разгрузки в забой - с опусканием ковша до уровня врезания его в грунт что позволяет в значительной степени сократить продолжительность рабочего цикла экскаватора и повысить его производительность.
2.Выбор и обоснования технологической схемы возведения насыпи экскаватором ЭО-3322
Технологическая схема включает следующие процессы: разработка грунта в выемке (карьере) с погрузкой в автосамосвалы; выгрузка грунта на насыпи; разравнивание грунта бульдозером; послойное уплотнение грунта грунтоуплотняющими машинами. Послойная отсыпка разравнивание и уплотнение грунта а также движение автосамосвалов по спланированному и уплотненному слою грунта осуществляется при кольцевой езде автосамосвалов или с их разворотом на насыпи.
Сначала отсыпается одна половина ширины слоя насыпи а движение автосамосвалов происходит по другой. После отсыпки грунта по всей длине слоя производится его разравнивание и уплотнение.
По длине насыпь делят на две захватки. На одной производится отсыпка грунта автосамосвалами и разравнивание его бульдозерами на другой работает грунтоуплотняющая машина.
При ширине слоя не менее 11 м груженые автосамосвалы разворачиваются около места выгрузки грунта. Отсыпка грунта ведется по всей ширине слоя.
При отсыпке слоев ширина которых меньше 11 м организуется кольцевая езда с устройством въездов и съездов на насыпь либо автосамосвалы разворачиваются на насыпи где ее ширина достаточна и подаются под разгрузку задним ходом.
Ширина въездов на насыпь и съездов должна быть не менее 47 а продольный уклон въездов — не круче 01 м.
Для данного курсового проекта целесообразно выбрать технологическую схему производства работ экскаватором ЭО-3322 с боковой проходкой и разгрузкой грунта в автотранспорт (рисунок 1.8).
Рисунок 1.8. Схема разработки грунта в выемках экскаватором ЭО-3322Б оборудованный обратной лопатой
Выбор данной схемы обусловлен тем что при модернизации ковша экскаватора необходимо будет срезать асфальтогрунтовую стружку и вывозить ее на автотранспорте к месту утилизации или повторного применения на асфальтобетонном заводе.
При производстве работ такими экскаваторами разработку грунта ведут ниже уровня стоянки экскаватора как правило лобовыми проходками. В ряде случаев например при очистке каналов зачистке откосов котлованов и т.д. используют боковые проходки. Разработку ведут с разгрузкой грунта в транспортные средства что соответствует данному типу экскаваторов.
Общие сведения об экскаваторах
1.Назначение классификация и область применения экскаваторов
Экскаваторами называют землеройные машины предназначенные для копания грунта или других пород путем его отделения от массива захвата переноса и выгрузки в транспортное средство либо в земляное сооружение либо в отвал.
Используются одноковшовые экскаваторы на следующих видах работ: рытье котлованов траншей выемок каналов возведение насыпей дамб и плотин.
Особенностью одноковшовых экскаваторов является стационарность их рабочего процесса т.е. разработка грунта ведется с одного места стоянки до тех пор пока грунт не вырабатывается в радиусе действия рабочего оборудования после чего экскаватор меняет стоянку.
Одноковшовые экскаваторы классифицируются по следующим основным признакам.
По эксплуатационному назначению: строительные универсальные карьерные вскрышные специальные.
По исполнению рабочего оборудования: с гибкой подвеской; с жесткой подвеской; с телескопической стрелой.
По виду рабочего оборудования: с прямой лопатой когда разработка грунта ведется выше уровня стоянки экскаватора при движении ковша вверх от экскаватора одновременным напорным движением рукояти и поворотным движением рукояти и ковша; с обратной лопатой когда разработка грунта ведется ниже уровня стоянки экскаватора при движении ковша вверх к экскаватору при одновременных поворотных движениях стрелы рукояти и ковша; драглайн - разработка грунта ведется ниже уровня стоянки экскаватора при движении ковша вверх к экскаватору за счет одновременных движений тягового и подъемного канатов.
По типу силовых передач (приводу): механические электромеханические гидравлические и комбинированные.
По приводу механизмов: одномоторные и многомоторные.
Одноковшовые строительные экскаваторы – универсальные машины используемые при копании грунтов до VI категории прочности разборке слабой и взорванной скальной породы. Они применяются для выемки из забоя и погрузке в транспорт отвалов сыпучих и крупнокусковых материалов разрушения старых сооружений расчистки территорий при пробивке трасс расчистки мелиоративных и водоотводных канав отрывке больших котлованов и протяженных траншей сооружении грунтовых насыпей строительстве тоннелей и мостовых переходов и на других работах.
Разнообразие сфер применения экскаваторов предопределило большое число вариантов их исполнения а также типов используемого рабочего оборудования. В строительстве наиболее широко применяются машины массой до 40 т с гидрообъемным приводом рабочего оборудования которые обычно и относят к группе строительных экскаваторов.
Существовавшая система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов (ЭО) посредством четырех цифр индекса классифицирует экскаваторы по размерным группам (первая цифра - вместимость ковша) типам ходового устройства (вторая цифра) и исполнению рабочего оборудования (третья цифра). Четвертая цифра - порядковый номер модели. Буквы (А Б В Е) обозначают очередную модернизацию а специальное климатическое исполнение машины обозначается: ХЛ - северное исполнение Т - тропическое ТВ - для влажных тропиков. Например ЭО-ЗЗПГ Т - экскаватор одноковшовый 3-й размерной группы вместимость ковша 04-10 м3 (в зависимости от грунта и вида рабочего оборудования) на пневмоколесном ходу с канатной подвеской рабочего оборудования первой модели четвертой модернизации тропическое исполнение.
Некоторые российские экскаваторные заводы наряду с российской применяют индексацию машин по массе с использованием принятых в международной практике условных обозначений особенностей шасси.
Ходовое оборудование
..Гусеничное уширенное
Подвеска рабочего оборудования
2.Критический анализ конструкции и технологических параметров экскаватора
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.
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.
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.
Таблица 2.1. Основные технические характеристики ковшовых гидравлических экскаваторов
Наименование показателей
Эксплуатационная масса с оборудованием «обратная лопата» т
основного ковша обратной лопаты
Мощность двигателя кВт
Частота вращения двигателя мин-1
Среднее давление на грунт кПа
Скорость передвижения наибольшая кмч
Частота вращения поворотной платформы мин-1
Наибольший угол подъема град
Управление основными механизмами
Радиус А описываемый хвостовой частью мм
Ниже рассмотрим примеры наиболее часто применяемых одноковшовых гидравлических экскаваторов.
Неполноповоротный экскаватор ЭО-2621В-3. Этот экскаватор 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 оснащена 22 видами сменного рабочего оборудования и рабочих органов.
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 днище его не открывается; существенно повышена долговечность. Угол поворота ковша увеличен за счет применения шестизвенного 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.
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.
Полноповоротные экскаваторы 3-й 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.
Рисунок 2.1. Экскаваторное оборудование «обратная лопата».
Экскаваторное оборудование «обратная лопата» состоит из : 1 – шарнир крепления стрелы к раме поворотной платформы; 2 46 – гидроцилиндры поворота соответственно стрелы рукояти ковша; 3 - моноблочная стрела; 5 -рукоять; 7- двуплечий рычаг; 8 - тяга; 9 - ковш; 10 - шарнир крепления гидроцилиндра к раме поворотной платформы.
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.
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.
Универсальным одноковшовый экскаватор ЭО-3323 (рисунок 2.2) предназначен для разработки котлованов траншей карьеров в грунтах I IV групп погрузки и разгрузки сыпучих материалов разрыхленных скальных пород мерзлых грунтов (размер кусков не более 200 мм) а также других работ.
Рисунок 2.2. Гидравлический пневмоколесный экскаватор 3-й размерной группы ЭО-3323 с оборудованием «обратная лопата»
По сравнению с ранее выпускавшимися экскаваторами типа ЭО-3322 на экскаваторе ЭО-3323 существенно повышена производительность благодаря увеличению вместимости ковшей и повышению усилий на их режущей кромке. Максимальное давление в гидросистеме повышено до 25 МПа против 175 МПа у прежних машин.
Цельнометаллическая шумотеплоизолированная кабина экскаватора ЭО-3323 оборудована отопителем зеркалом заднего вида стеклоочистителем противосолнечным козырьком огнетушителем аптечкой термосом. Сиденье машиниста подрессорено его положение регулируется. В кабине установлен пульт сервоуправления основными механизмами экскаватора.
Гусеничные экскаваторы 3-й размерной группы. К этой группе относятся экскаваторы ЭО-3122 на нормальном ходовом устройстве тракторного типа и ЭО-3221 на уширенно-удлиненном ходовом устройстве которые унифицированы с пневмоколесным экскаватором ЭО-3323.
Экскаватор ЭО-3122 (рисунок 2.3 а) имеет полностью унифицированную с экскаватором ЭО-3323 поворотную часть за исключением рулевого устройства которое на гусеничных экскаваторах не требуется.
— ходовая тележка; 2 — поворотная платформа; 3 — капот; 4 — силовая установка; 5 — кабина; 6 — стрела; 79 11 — гидроцилиндры рукояти ковша и стрелы; 8 — рукоять; 10 — ковш
Рисунок 2.3. Гидравлические гусеничные экскаваторы 3-й размерной группы ЭО-3122 (о) и ЭО-3221 (б) с оборудованием «обратная лопата»
Гидравлический привод экскаватора ЭО-3122 аналогичен экскаватору ЭО-3323 т. е. гидросистемы этих машин практически одинаковы.
В связи с оснащением гусеничным ходовым устройством экскаватор ЭО-3221 (рисунок 2.3 б) способен выполнять разнообразные земляные и погрузочно-разгрузочные работы.
На гусеничных лентах экскаватора ЭО-3221 могут быть установлены башмаки различной ширины для работы на грунтах с высокой и слабой несущей способностью.
Пневмоколесные полноповоротные экскаваторы 4-й размерной группы. Экскаватор ЭО-4321Б (рисунок 2.4) — модернизированная модель пневмоколесного экскаватора 4-й размерной группы с гидравлическим приводом — предназначен для разработки грунтов I IV групп. Для скальных пород и мерзлых грунтов экскаватор можно применять при условии предварительного дробления пород и грунтов на куски не более 400 мм.
Рисунок 2.4. Гидравлический пневмоколесный экскаватор 4-й размерной группы ЭО-4321Б с оборудованием «обратная лопата»
Основное преимущество гидросистемы экскаватора ЭО-4322 по сравнению с гидросистемой экскаватора ЭО-4321Б: суммирование потоков рабочей жидкости от обеих секций насоса за гидрораспределителями с применением новых сборочных единиц (двух дополнительных одно-золотниковых гидрораспределителей подпиточных клапанов гидрозамков приточного исполнения центрального коллектора).
Условия труда машиниста экскаватора улучшены благодаря снижению максимального уровня шума путем установки в кабине дополнительной изоляции а также за счет более оптимального расположения органов управления и установки опрокидывающейся рулевой колонки. Кроме того на машине применен новый эффективный и безопасный отопитель с использованием тепла охлаждающей жидкости дизеля и более удобный стеклоподъемник. Наряду с этим значительно улучшены условия запуска двигателя при низких температурах путем установки муфты сцепления между насосом и дизелем. На данном экскаваторе более рационально выполнены конструкции ходовой и поворотной рам а также выносных опор что увеличило опорный контур а также уменьшило габарит в транспортном положении. Вместимость ковша экскаватора ЭО-4322 повысилась на 20—25% глубина копания обратной лопатой увеличилась на 7—15% удельный расход топлива снизился на 7%. Производительность при работе обратной лопатой возросла на 17%.
Экскаватор ЭО-4125 (рисунок 2.4) относится к экскаваторам второго поколения и со временем заменит экскаватор ЭО-4124А.
Рисунок 2.5. Гидравлический гусеничный экскаватор 4-й размерной группы ЭО-4125 с оборудованием «обратная лопата»
По назначению и конструкции обе эти машины одинаковы. Основная отличительная особенность экскаватора ЭО-4125 по сравнению с ЭО-4124 — применение энергосберегающего гидропривода с комбинированным регулированием насоса улучшенной схемой коммутации рекуперацией энергии при опускании стрелы и автоматическим управлением дизелем. В результате расход топлива уменьшился до 30 % что обеспечивает экономию топлива 2 3 т в год.
Максимальное давление в гидросистеме 28 МПа; управление — сервогидравлическое; применена аварийная блокировка предотвращающая потери рабочей жидкости при обрыве гидропровода.
Усовершенствованы и другие систем механизмов и сборочных узлов гусеничного хода редукторов и кабины. Все это позволило повысить надежность снизить затраты на техническое обслуживание улучшить условия работы машиниста.
Гусеничные полноповоротные экскаваторы 5-й и 6-й размерных групп. К этой группе относятся мощные универсальные гидравлические экскаваторы моделей ЭО-5124 и ЭО-6123 (рисунок 2.6). Производительность их в 15—25 раза выше чем экскаваторов 4-й группы. Кроме традиционных видов рабочего оборудования они оснащены глубинным грейфером и буровым оборудованием.
Экскаваторы эти созданы с использованием многих эффективных конструктивных решений направленных на повышение производительности и надежности машин уменьшение расхода энергоресурсов и улучшение условий работы машиниста.
— ходовая тележка; 2 — противовес; 3— капот; 4 — кабина; 5 8 9 — гидроцилиндры стрелы ковша и рукояти; 6 — стрела; 7 — рукоять; 10 — ковш; 11 — поворотная платформа
Рисунок 2.6. Гидравлические гусеничные экскаваторы 5-й и 6-й размерных групп ЭО-5124 (а) и ЭО-6123 (б) с оборудованием «прямая лопата»
Экскаваторы имеют силовую установку в которой применены гидронасосы с управляемой производительностью. Рабочие движения экскаватора плавно регулируются. Разгрузка насосов при холостой работе и защита насосов от перегрузок по давлению осуществлены предохранительными клапанами.
Максимальное давление 28 МПа. В системе сервоуправления для повышения надежности используется аксиально-поршневой насос а в системе управления подачей топлива — автомат холостых оборотов дизеля. Введена система рекуперации энергии при опускании рабочего оборудования.
В приводе механизма поворота платформы применено независимое управление гидравлическим торможением путем подачи жидкости под давлением на управляемые предохранительные клапаны.
Экскаватор ЭО-6123 унифицирован с экскаватором ЭО-5124. Отличие состоит в применении электрических двигателей питающихся от внешней электросети переменного тока напряжением 380 В. Для работы при отсутствии внешней электросети к экскаватору может придаваться дизель-генераторная установка.
Выпуск экскаваторов ЭО-5124 и ЭО-6123 предполагается в двух исполнениях: с гусеничным ходом тракторного типа и с таким же ходом но имеющим гребневое зацепление.первых машин больше но это компенсируется повышенной долговечностью ходового устройства и меньшими затратами на техническое обслуживание.
Зарубежные экскаваторы сравнивают по модельным рядам.
Поколения колесных экскаваторов корпорации Daewoo стремительно сменяются. Последнее обновление модельного ряда проходило полтора года назад промежуточную модель Solar 160WV корпорация представила около года назад на выставке INTERMAT 2003. Дизели Daewoo прошли модификацию и теперь отвечают экологическим требованиям норм Tier 2 и Stage 2. Электронную систему управления EPOS-V сменило новое поколение e-EPOS с двумя рабочими режимами вместо трех. Это универсальный «режим копания» для выполнения работ требующих значительных усилий на стреле и экскаваторном оборудовании и «траншейный режим» при котором механизм поворота платформы активно задействован и требует значительной мощности. Внесены изменения в гидросистему: установлены новые гидрораспределители гидроцилиндры с увеличенным ходом увеличена скорость вращения платформы. Для управления дополнительным навесным оборудованием предусмотрены резервные кнопки на обоих джойстиках. В стандартную комплектацию включены встроенный кондиционеротопитель со сменным фильтром и стереомагнитола. Проблему размещения стеклоочистителя так чтобы он не ограничивал видимости на Daewoo решили давно поместив его в середину боковой стойки. Разработчики уверены в устойчивости машины поэтому у нового поколения в стандартную комплектацию входит только задний отвал. Аутригеры и передний отвал поставляют как дополнительное оборудование. Выбор рабочего оборудования для каждого последующего поколения экскаваторов Daewoo становится все шире. Так например для Solar 170W-III предусматривалось по одной рукояти для моноблочной и сочлененной стрелы и три ковша а для Solar 180WV – уже три рукояти для моноблочной стрелы две – для сочлененной и семь ковшей.
Таблица 2.2. Технические характеристики одноковшовых гидравлических экскаваторов зарубежных фирм.
«Пок-лэн» 75 Р-В (Франция)
«Пок-лэн» 75 СК (Франция)
«Либ-херр» R-900 (ФРГ)
«Либ-херр» А-922 (ФРГ)
«Пок-лэн» 90 Р (Франция)
«Хитачи» ИН-123 (Япония)
«Хитачи» ИН-181 (Япония)
«Хитачи» ИН-261 (Япония)
Частота вращения вала двигателя мин-1
Среднее давление на грунт кПа
Наибольшая скорость передвижения кмч
Радиус описываемый хвостовой частью мм
Габаритная высота мм
Просвет под поворотной платформой мм
Размеры гусеничного хода мм:
ширина гусеничной ленты
Размеры пневмоколесного хода мм:
Наибольший радиус копания м
Наибольшая высота выгрузки м
Наибольшая кинематическая глубина копания м
Продолжительность рабочего цикла с
В модельном ряду колесных экскаваторов Hitachi четыре модели две из которых – ZAXIS ZX160W и ZX210W выведены на европейский рынок в январе 2004 г. У современного поколения усиленная поворотная платформа и кабина с усиленным каркасом. В целях увеличения ресурса узлов трения и межсервисного интервала до 500 ч а также для снижения шума при работе использованы специальные полимерные прокладки в кронштейнах крепления стрелы к платформе износоустойчивые втулки в верхних кронштейнах рукояти и втулки с термическим напылением карбида вольфрама в нижних кронштейнах. В кабине с автоматической встроенной системой кондиционирования наиболее часто используемые переключатели собраны на панели у правого джойстика так что их легко достать не меняя положения тела.
Hitachi использует на своих экскаваторах дизели Isuzu отвечающие требованиям норм Stage 2 и Tier 2. Масляный фильтр и водоотделитель топливной системы легко доступны для обслуживания. Фильтр гидросистемы подлежит замене с интервалом 1 000 ч. Колесные экскаваторы Hitachi комплектуют моноблочной стрелой двумя-тремя вариантами рукояти и несколькими ковшами. Опция – грейферные ковши гидромолоты органы для разрушения зданий механизм быстрой смены рабочего оборудования.
Модельный ряд полноразмерных колесных экскаваторов Hyundai Robex развивается бурно – за пять лет сменилось четыре поколения. В сегодняшнем седьмом поколении как и прежде три модели – R140W-7 R170W-7 и R200W-7.
На R140W-7 и R200W-7 использованы дизели Cummins серии В на R170W-7 – дизель Mitsubishi. Все двигатели отвечают требованиям норм Tier 2. Много внимания было уделено улучшению эргономики и комфорта кабины. Рулевая колонка на которую поместили тумблеры аварийной сигнализации стояночного тормоза и гидрозамка регулируется по углу наклона и высоте. Переключатели собраны на панелях возле джойстиков. Крыша кабины не остеклена но в ней сделан люк. Заднее стекло можно использовать как аварийный выход при экстренных ситуациях. Кондиционер и остекление крыши предлагаются дополнительно.
Электронная система управления САРО предусматривает три рабочих режима: тяжелый стандартный и режим гидромолота. У оператора есть возможность создать и сохранить в системе пользовательский режим. Предусмотрена функция power boost при инициации которой можно на некоторое время увеличить усилие копания на 10% а также функция мгновенного сброса оборотов до 1 000 мин-1.
Комплектации экскаваторов разнообразны. Отвалы и аутригеры можно монтировать в любой комбинации. Для R140W-7 разработаны две моноблочных стрелы сочлененная стрела четыре рукояти пять ковшей «обратная лопата» и два планировочных ковша. Для R170W-7 выбор меньше: моноблочная и сочлененная стрелы три рукояти шесть ковшей «обратная лопата». Для R200W-7 предлагают только моноблочную стрелу три рукояти семь ковшей «обратная лопата» и планировочный ковш. Такой подбор рабочего оборудования основан на опыте эксплуатации колесных экскаваторов в основном в Корее и Европе.
Liebherr Group производит один из самых развитых модельных рядов колесных экскаваторов. Сегодня в производстве две серии: А 300 с которой начинается модельный ряд и А 900 – средние и тяжелые экскаваторы. Модели серии А 300 комплектуют дизелями Deutz с жидкостным охлаждением и турбонаддувом серии А 900 – четырехцилиндровыми дизелями Liebherr. Серия А 300 комплектуется электронной системой управления с тремя рабочими режимами: Power-plus – для выполнения тяжелых работ Power-range – стандартный режим Eco-range – экономичный режим. Режимы системы серии А 900: Lift – для подъема грузов Fine – для планировочных работ Eco – экономичный Power – для тяжелых работ.
3.Описание рабочего процесса экскаватора ЭО-3322
Одноковшовый экскаватор ЭО-3322 (рисунок 2.6.) предназначен для разработки котлованов траншей карьеров в грунтах I IV групп погрузке и разгрузке сыпучих материалов разрыхленных скальных пород и мерзлых грунтов (размер кусков не более 200 мм) а также других работ.
Рисунок 2.7. Одноковшовый экскаватор ЭО-3322 с оборудованием «обратная лопата»
Конструкция экскаватора состоит из силовой установки 1 бака гидросистемы 2 капота 3 кабины 4 нижней и верхней части стрелы 56 гидроцилиндров 7911 рукояти 8 ковша 10 ходовой тележки 12 механизма передвижения 13 роликового опорно-поворотного круга 14 механизма поворота платформы 15 и противовеса 16.
Рабочий процесс одноковшового экскаватора (экскавация) состоит из последовательно выполняемых операций: отделения грунта от массива заполнения им ковша транспортирования грунта в ковше к месту разгрузки разгрузки грунту из ковша возвращения последнего в забой на исходную позицию. Совокупность этих операций составляет рабочий цикл экскаватора в результате выполнения которого выдается одна порция продукции в объеме разгруженного аз ковша грунта. По этому признаку в соответствии с принятой ранее классификацией строительных машин одноковшовые экскаваторы относят к машинам цикличного действия.
Обратной лопатой работают следующим образом (рисунок 1.18.). Втягивая шток гидроцилиндра рукояти поворачивают ее по часовой стрелке. Стрела с рукоятью и вынесенным вперед ковшом опускается вниз как под действием веса рабочего оборудования так и под давлением жидкости подаваемой в гидроцилиндр стрелы. Операцию копания осуществляют поворотом ковша и поворотом рукояти (положение I).
Величину стружки в процессе копания регулируют с помощью гидроцилиндра путем подъема или опускания стрелы. После того как
Рисунок 2.8. Схема работы обратной лопаты
наполненный грунтом ковш будет подтянут к стреле или повернут по отношению к рукояти настолько чтобы грунт не высыпался рабочее оборудование поднимают из забоя с помощью гидроцилиндра стрелы (положение II) а затем вместе с платформой поворачивают к месту разгрузки. Чтобы разгрузить ковш поворачивают рукоять и ковш по часовой стрелке используя для этого гидроцилиндры 2 и 4 (положение III). Затем производя обратный поворот платформы к забою и рабочий цикл повторяют.
Сущность модернизации экскаватора ЭО-3322
1.Патентное исследование и анализ его результатов
Под патентными исследованиями понимаются исследования технического уровня и тенденций развития объектов техники их патентоспособности и патентной чистоты на основе патентной и другой научно-технической информации.
Патентные исследования являются как правило составной частью научно-исследовательских конструкторских и технологических работ предусмотренных документами регламентирующими разработку производство и реализацию объектов техники.
Целью патентных исследований является получение исходных данных для обеспечения высокого технической уровня и конкурентоспособности объектов техники использования современных научно- технических достижений и исключения неоправданного дублирования исследований и разработок.
Патентные исследования проводятся на различных этапах создания новой техники в том числе в процессе разработки технической документации - с целью использования имеющихся достижений при решении поставленной задачи и возможности подачи заявки на изобретение по данному техническому решению. Патентные исследования проводятся также при совершенствовании и модернизации выпускаемой продукции с той же целью что и при создании новой техники.
Патентные исследования проводятся на основе изучения анализа и обработки данных сосредоточенных в патентной документации.
Наиболее полно и доступно сущность изобретения излагается в описании к изобретению. Более же оперативной для патентного исследования является реферативная информация публикуемая в официальных патентных бюллетенях до публикации полных описаний. В частности сведения об изобретениях признанных в стране публикуются в бюллетене изобретений (БИ) "Открытия изобретения промышленные образцы и товарные знаки". Бюллетень снабжен справочно-поисковым аппаратом в который входят: а) систематический указатель номеров авторских свидетельств и патентов классифицированный по системе Международной классификации изобретений (МКИ); б) нумерационный указатель заявок с приведенными в порядке возрастания номерами соответствующими авторским свидетельствам рефераты которых опубликованы в данном бюллетене.
Задание на проведение исследования.
на проведение патентных исследований
Наименование темы: Патентное исследование с целью модернизации экскаватора ЭО-3322.
Шифр темы: КР МЗР 2010.032.00.00.00.ПИ
Этап (стадия): Проектирование
План патентных исследований на 2010г. позиция 11
Задачи патентных исследований: поиск технических решений для модернизации экскаватора ЭО-3322.
Исполнители работ: Жигалёв А.В.
Подразделение исполнителя
Краткое содержание работы
Ответственный исполнитель
Анализ описаний к изобретениям и патентам научно-техническая литература
С 12.09.10 г. по 28.11.10 г.
Пояснительная записка
Наименование темы: Патентное исследование с целью модернизации экскаватора ЭО-3322
Дата и номер задания на проведение патентных исследований: задание №1от 12.09.10 г.
Код этапа: проектирование
Начало поиска: 12.09.10 г. Окончание поиска 28.11.10 г.
Предмет поиска (тема объекта его составные части)
Цель поиска информации (для решения поиска технических систем)
Классификационные индексы(УДК МПК МПИ МКПО НКИ)
Ретроспективность поиска
Наименование источников информации
Анализ технических решений с целью выбора оптимального варианта для модернизации машины
Описания к изобретениям и патентам реферативные журналы научно-техническая литература
Задание на проведение патентных исследований: №1 от 12.09.10 г.
Дата и номер поиска регламента: 12.09.10 г. №2
Начало поиска: 12.09.10 г. Окончание поиска: 28.11.10 г.
Таблица 3.1 - Патентная документация отобранная для последующего анализа
Страна выдачи вид № охранного док-та классификационного индекса
Сущность заявленного технического решения и цели его создания формула изобретения
Заявитель страна № заявки дата приоритета публикации
Сведения о действии охранного док-та или причина его аннулирования
СССР описание изобретения к авторскому свидетельству №718561
Ковш экскаватора включающий боковые стенки днище и ножевую систему с режущей кромкой привод поворота ковша отличающийся тем что с целью улучшения разгрузки ковша ковш снабжен тросами на которые надеты Т-образные пластины при этом одни концы тросов шарнирно присоединены к режущей кромке а другие концы направляемые посредством двойных поворотных блоков прикреплены к рычагам привода ковша. Использование гибкого днища позволяет производить принудительную разгрузку ковша более полно очищать днище и снизить энергоемкость рабочего процесса.
Опубликовано 10.03.95.
Ковш экскаватора включающий боковые стенки ножевую систему с зубьями и гибкое днище выполненное в виде набора пластин отличающийся тем что с целью повышения надежности гибкого днища гибкое днище имеет тросы к которым прикреплены пластины выполненные Т-образной формы при этом тросы одними концами шарнирно присоединены к ножевой системе ковша а другими - шарнирно к верхней части ковша.
Наличие гибкого днища обеспечивает принудительную очистку ковша экскаватора при работе на липких грунтах и повышение производительности экскаватора снижение энергоемкости процессов.
СССР описание изобретения к авторскому свидетельству SU 771254 A 25.10.80
Рабочее оборудование гидравлического экскаватора включающее рукоять ковш связанные механизмом поворота состоящим из гидроцилиндра рычага и тяги дополнительный рабочий орган шарнирно установленный на рукояти с закрепленными на нем шарнирными тягами отличающееся тем что дополнительный рабочий орган выполненный в виде Т-образной рамы оснащен двумя дисковыми ножами с зубчатой режущей кромкой установленными с возможностью свободного вращения на расстоянии превышающем ширину ковша и посредством свободных концов шарнирных тяг соединен с механизмом поворота.
Ярославский государственный технический университет
СССР описание изобретения к авторскому свидетельству SU 746048 A
Рабочее оборудование одноковшового экскаватора включающее рукоять на которой при помощи шарнирного многозвенника подвешен ковш состоящий из подвижной задней стенки днища и боковых стенок отличающееся тем что на подвижной задней стенке ковша имеются гнезда в которые входят фиксаторы установленные на боковых стенках ковша.
Тюменский государственный нефтегазовый университет
Научно-техническая документация отобранная для последующего анализа.
Наименование информации
Год место и орган издания (утверждения депонироние источника)
Строительные машины и оборудование. Справочное пособие.
Ростов нД Феникс 2002.
Строительные машины и средства автоматизации
Москва Мастерство 2002.
Строительные машины и основы автоматизации
Москва Высшая школа 1995.
Технические основы создания машин
2.Описание и технико – экономическое обоснование сущности модернизации экскаватора ЭО-3322
Целью модернизации является расширение функциональной возможности экскаватора и использование его для разрушения асфальтобетонных покрытий мерзлых и уплотненных грунтов и упрощение конструкции привода рабочих органов.
Для достижения данной цели в рабочем оборудовании гидравлического экскаватора состоящем из стрелы рукояти и ковша установлен дополнительный рабочий орган шарнирно связанный с рукоятью. Дополнительный рабочий орган выполненный в виде Т-образной рамы оснащен двумя дисковыми ножами с зубчатой режущей кромкой установленными с возможностью свободного вращения на расстоянии превышающем ширину ковша и посредством свободных концов шарнирных тяг соединен с механизмом поворота.
Рисунок 3.1. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора вид сбоку
Рабочее оборудование гидравлического экскаватора (рисунок 3.1) состоит из рукояти 1 ковша 2 его механизма поворота состоящего из гидроцилиндра 3 рычага 4 и тяги 5 шарнирно связанных между собой и дополнительного рабочего органа 6 Т-образная рама 7 которого шарнирно закреплена на рукояти 1. На консолях Т-образной рамы 7 с возможностью свободного вращения установлены два дисковых ножа 8 оснащенных зубчатыми режущими кромками на расстоянии друг от друга превышающем ширину ковша 2 (рисунок 3.2). При этом механизм поворота ковша 2 например
Рисунок 3.2. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора вид спереди
в шарнире соединяющем гидроцилиндр 3 с рычагом 4 и тягой 5 связан с Т-образной рамой 7 посредством двух шарнирных тяг 9.
Рисунок 3.3. Положение рабочего оборудования при производстве насечек
Оборудование работает следующим образом. При выдвижении гидроцилиндра 3 ковш 2 посредством рычага 4 и тяги 5 а дополнительный рабочий орган 6 под действием тяг 9 поворачиваясь относительно соответствующих шарниров на рукояти 1 движутся навстречу друг другу осуществляя защемление разрабатываемого слоя асфальтобетона. При этом дисковые ножи 7 внедряясь зубчатыми режущими кромками в асфальтобетон приходят во вращение и производят его насечку тем самым облегчая процесс разрушения покрытия ковшом 2. В зависимости от толщины разрушаемого покрытия можно производить предварительную его насечку путем качения дисков 8 по поверхности асфальтобетона при повороте рукояти 1 или при движении экскаватора своим ходом как это показано на рисунке 3.3. Отрывка первоначального приямка при разработке траншеи ковшом 2 также может сопровождаться созданием на поверхности покрытия предварительной насечки.
Преимуществом предлагаемой конструкции оборудования является то что оно может быть смонтировано на базе стандартного оборудования обратной лопаты одноковшового гидравлического экскаватора с минимальными затратами на его модернизацию и использоваться для выполнения работ по разрыхлению грунта с целью уменьшения трудоемкости работ экскаватора при копании.
Общий расчет экскаватора ЭО-3322
1.Исходные данные для расчета
Экскаватор ЭО-3322 с рабочим органом обратная лопата с пневмоколесным движителем
Вместимость ковша q = 05 м3
Толщина срезаемой стружки h = 012 м
Ширина площадки затупления а = 5 мм
Масса экскаватора m = 14 т
Сила тяжести экскаватора Gт = 127 кН
Скорость движения экскаватора на первой передаче vр = 115 мс
Скорость движения экскаватора на транспортном режиме Vq = 546 мс
Мощность двигателя Nd = 552 кВт
Уклон местности – 0о
Категория вид и состояние грунта IV сланцевая глина грунт сухой.
2.Расчет рабочих усилий и потребной мощности привода
2.1.Определение сил сопротивления копанию грунта (по Домбровскому)
Согласно этого метода основная касательная составляющая сопротивлению грунта копанию равна:
где - сопротивление резанию грунта;
- сопротивление перемещению призмы грунта;
- сопротивление заполнением рабочего органа грунтом;
- сопротивление трению рабочего органа о грунт;
- сопротивление возникающее на площадке затупления.
Сопротивление грунта резанию (кН):
где - удельное сопротивление грунта резанию зависящее от категории грунта и вида рабочего органа машины ;
h - толщина срезаемой стружки м;
b - ширина срезаемой стружки м;
Сопротивление перемещению призмы грунта (кН):
Для ковшовых рабочих органов:
где - объем призмы грунта перед рабочим органом зависящий от конструкции рабочего органа и характера грунта м3;
- коэффициент трения грунта о грунт (084);
- коэффициент разрыхления грунта (13);
- плотность грунта ;
где q - вместимость ковша м3;
y – коэффициент объема призмы грунта зависящий от вместимости ковша вида и состояния грунта (01).
Сопротивление заполнению рабочего органа грунтом (кН):
Для ковшовых рабочих органов (одноковшовых экскаваторов):
где – коэффициент учитывающий высоту Н пригружающего слоя грунта в зоне копания над режущей кромкой (05);
– максимальная толщина срезаемой стружки ;
b – ширина ковша b = 093 м;
- удельное сопротивление грунта сжатию .
Сопротивление возникающее на площадке затупления (кН):
где - удельное сопротивление от затупления зависящее от ширины площадки затупления α и вида грунта ;
L - длина режущей кромки рабочего органа практически равная ширине ковша Bк.
Тогда основная касательная составляющая сопротивлению копания грунта составляет:
Нормальная составляющая сопротивления грунта копанию:
где - коэффициент зависящий от однородности и прочности грунта степени затупления размера и формы износа задних граней режущего элемента заднего угла резания α. Так при α = 5 8о для однородных грунтов II и IV категории и средней затуплености режущего инструмента ; для более прочных неоднородных полускальных и мерзлых грунтов .
2.2. Определение сил сопротивления резанию грунта не модернизированным рабочим органом (по Ветрову)
Известно что в процессе блокированного резания простым ножом грунт разрушается в пределах прорези трапециевидного сечения при этом характер и величина сопротивления разрушения грунта различны в разных зонах прорези. В связи с этим касательную составляющую силы резания в расчетах делят на 4 части соответствующие характерным сопротивлениям:
а) силу для преодоления лобовых сопротивлений ножу пропорциональную площади средней части сечения прореза и зависящую от угла резания и прочности грунта:
б) силу разрушения грунта в боковых расширениях прорези пропорциональную площади сечения зависящую от прочности грунта и независящую от угла резания и ширины среза:
в) силу боковую среза у дна прорези пропорциональную толщине срезаемой стружки зависящую от прочности грунта а также независящую от ширины среза b и угла резания:
г) силу для преодоления сопротивления площадке износа (или затупления ножа) пропорциональную длине режущей кромки зависящую от ширины а – площади износа или радиуса затупления ножа от толщины среза h и независящую от угла резания:
Таким образом суммарная сила блокированного резания простым ножом равна Н:
Рассчитаем каждый из неизвестных элементов этой формулы:
- коэффициент глубины расширяющей части прорези зависящий от характеристики грунта.
Величину удельного сопротивления разрушению грунта в лобовой части можно выразить:
где - коэффициент угла резания; - удельная сила резания лобовой части прорези при угле резания 450 Па;
Произведение выражают функцией второй степени толщины среза h:
где - коэффициент характеризующий силу разрушения грунта в боковых частях прорези;
Произведение выражает функцией первой степени толщины среза h:
где - коэффициент характеризующий удельную силу среза грунта одной из боковых граней ножа;
Удельная сила преодоления сопротивления грунту износу выражают эмпирической зависимостью:
где - параметры характеризующие сопротивление грунта упруго- пластическому сжатию принимают по опытным данным.
Определение суммарной силы блокированного резания простым ножом:
где - коэффициенты пропорциональности учитывающие отношения соответствующих удельных сил резания полученные по опытным данным так для обычных грунтов: .
Определяем среднюю силу резания:
где - коэффициент энергоемкости.
По найденной величине средней силы резания определяют мощность потребную на резание:
где V- скорость резания мс.
Нормальную составляющую полной силы резания для простого ножа при прямом блокированном резании определяют исходя из величины касательной составляющей силы резания угла резания угла наклона площадки износа 1 или нижней поверхности грунтового нароста на затуплении ножа и угла трения грунта о нож:
Рассчитаем среднемаксимальную силу резания экскаватора ЭО-3322 при отделении стружки толщиной h = 012 м сухой сланцевой глины крепость которой ширина отвала b = 093 м угол резания = 45о а = 5 мм.
Значение коэффициента . Коэффициент для разрыхленной глины принимаем равным 036 а коэффициент .
Значение коэффициента при h = 012м и а = 05 м
Коэффициент для разрыхленной глины IV категории принимаем равным 073 а угол γ = 45о.
Рассчитаем некоторые параметры:
Полученные данные подставляем в формулу:
Принимаем для разрыхленной глины коэффициент энергоемкости и подставляем в формулу:
Определяем среднемаксимальную нормальную силу резания N:
и при угле резания = 45о ; = 30о ; 1 = 30о.
Из расчета N следует что ковш экскаватора под действием сил для преодоления лобовых сопротивлений будет затягиваться в грунтовый массив. Для соблюдения заданной толщины среза грунта h необходимо ковш удерживать гидроцилиндрами.
2.3. Определение сил сопротивления резанию грунта модернизированным рабочим органом (по Домбровскому)
При расчете сопротивления резанию грунта модернизированным рабочим органом мы учитываем что трудоемкость разработки грунта после его предварительного рыхления снижается в 15 18 раза. В связи с вышеизложенным принимаем удельное сопротивление резанию для грунта IV категории равным 140 кПа.
3.Тяговый расчет экскаватора ЭО-3322
Тяговый расчет включает в себя составление уравнения тягового баланса для режима работы экскаватора - транспортного.
Уравнение тягового баланса показывает каким образом движущее усилие создаваемое двигателем на ведущих звездочках распределяется по отдельным видам сопротивлений движению машины.
Нормальным и достаточным условием движения машины как на рабочем так и на транспортном режимах является условие при котором максимальное тяговое усилие развиваемое двигателем машины и передаваемое на ее движитель будет больше суммы всех сопротивлений ее движению и меньше максимальной силы тяги движителя по условию его сцепления с поверхностью т.е.:
будет иметь место буксование движителя.
машина двигаться не сможет и двигатель заглохнет.
Исходными данными при тяговом расчете могут быть: требования к машине и ее рабочему оборудованию из условия технологической схемы работы тип движителя коэффициенты сопротивления движению вид и состояние грунта и др.
В общем случае суммарное сопротивление движению машины (Н) равно:
где - сила сопротивления перекатыванию; - внутреннее сопротивления в движителях; - сопротивление повороту при движении машины по кривой; - сопротивление при движении машины по уклону; - сопротивление от силы инерции при трогании с места или торможении; - сопротивление воздуха; - рабочее сопротивление возникающее при взаимодействии рабочего органа с грунтом.
При тяговом расчете на рабочем режиме из уравнения силового баланса исключают: сопротивление повороту так как процесс копания осуществляют как правило при движении машины по прямому участку; и сопротивление воздуха в виду малых скоростей движения.
При тяговом расчете на транспортном режиме из уравнения силового баланса исключают рабочее сопротивление . Тогда:
где - сила тяжести машины Н; - коэффициент сопротивления перекатыванию зависящий от типа движителя и вида опорной поверхности;
- угол уклона местности град;
- внутреннее сопротивление в движителях составляет (Н):
-сопротивление повороту при движении машины по кривой принимают (Н):
- сопротивление при движении машины по уклону определяют по формуле (Н):
- угол уклона местности по которой движется машина;
- сопротивление от сил инерции возникающих при трогании с места или при торможении; в случае равноускоренного движения это сопротивление определяют из выражения (Н):
где - коэффициент учитывающий инерцию вращающихся масс привода принимают равным 1.05 1.15;
- рабочая скорость машины на первой передаче после трогания с места мс
- сопротивление воздуха рассчитывают из условия максимально допустимой ветровой нагрузки (Н):
где - предельно допустимое удельное динамическое давление ветра равное 125Па;
- суммарная наветренная площадь машины м2;
- сопротивление возникающее при взаимодействии рабочего органа машины с грунтом (Н) принимают по результатам решения упражнения №l
Тяговое усилие развиваемое двигателем машины можно считать равным суммарной окружной силе всех движителей приводимых от двигателя привода (Н):
где - установленная мощность двигателя машины кВт;
- скорость движения машины на соответствующей передачи мс;
- к.п.д. трансмиссии ходового оборудования принимают:
для механической трансмиссии .
Максимальную силу тяги на опорной поверхности с оптимальной влажностью развиваемую движителем при отсутствии буксования из условия сцепления определяют по формуле (Н):
где - сцепной вес машины т.е. вес приходящийся на ведущие колеса Н;
- коэффициент сцепления движителя с опорной поверхностью зависящий от типа движителя вида и состояния опорной поверхности.
Исходными данными для тягового расчета являются: вид опорной поверхности – влажная глина; сила тяжести машины - ; уклон местности - 0°; скорость движения машины на первой передаче скорость движения машины на транспортном режиме - ; мощность двигателя базовой машины N = 552 кВт; наветренная площадь экскаватора - .
Тяговое усилие развиваемое двигателем машины на рабочем режиме определяют по формуле:
Максимальная сила тяги из условия сцепления движителя с опорной поверхностью определяют по формуле:
где - коэффициент сцепления принимают для гусеничного движителя при движении по влажному грунту – тогда
Суммарное сопротивление на транспортном режиме:
- сопротивление перекатыванию движителя по заданной опорной поверхности будет равно:
где коэффициент сопротивления движению машины по заданным условиям принимают для гусеничного движителя при движении по влажному грунту – тогда
- внутреннее сопротивление в движителях равно:
-сопротивление от сил инерции возникающие при трогании с места:
- сопротивление повороту экскаватора при его движении по кривой
- сопротивление воздуха
Таким образом суммарное сопротивление движению экскаватора на транспортном режиме составляет:
По результатам данного расчета условие нормального движения экскаватора на транспортном режиме соблюдается так как:
4. Расчет основных параметров экскаватора ЭО-3322
Для определения массы экскаватора используют зависимость выведенную на основе теории подобия:
где m и - массы проектируемого экскаватора и его прототипа соответственно т;
V - вместимость ковша проектируемого экскаватора и его прототипа соответственно м3.
Конструктивную схему экскаватора вычерчивают в соответствии с конструкцией экскаватора принимаемого за прототип в заданном рабочем положении.
Рисунок 4.1. Конструктивная схема экскаватора ЭО-3322
Размер полубазы В экскаватора (м) определяют по равенству
Параметры рабочего оборудования экскаватора обозначенные на рисунке 4.1 определяют по равенству
где А – искомый размер м;
- коэффициент подобия принимают по табличным данным;
- коэффициент вариации принимают по табличным данным.
Высота шарнира цилиндра поворота стрелы
Расстояние от шарнира цилиндра поворота стрелы до оси поворота экскаватора
Расстояние от пяты стрелы до шарнира штока цилиндра стрелы
Расстояние от шарнира штока цилиндра стрелы до шарнира поворота рукояти
Длина консоли рукояти
Расстояние между шарнирами
Расстояние от пяты стрелы до шарнира цилиндра рукояти
Расстояние от пяты стрелы до оси поворота экскаватора
5. Статический расчет экскаватора ЭО-3322
Расчет силы тяжести противовеса. Этот расчет производят из условия возможности опрокидывания поворотной платформы вперед и назад.
Расчет силы тяжести противовеса в случае опрокидывания платформы вперед
Рисунок 4.2. Схема для определения веса противовеса при опрокидывании платформы вперед
Решаем уравнение моментов сил относительно точки В:
где - силы тяжести соответственно ковша с грунтом рукояти стрелы и платформы Н;
- расстояние от линии действия соответствующих сил до оси поворота платформы м определяются графически;
а – расстояние от оси поворота платформы до точки ее опрокидывания м определяется графически.
Расчет силы тяжести противовеса в случае опрокидывания платформы назад
Рисунок 4.3. Схема для определения веса противовеса при опрокидывании платформы назад
Решаем уравнение моментов сил относительно точки Н:
Окончательно принимаем силу тяжести противовеса из условия
Расчет рабочей устойчивости экскаватора. Устойчивость экскаватора определяется соотношением сил действующих на рабочее оборудование и конструкцию машины в целом при наиболее неблагоприятных условиях его работы и оценивается коэффициентом устойчивости определяющим собой отношение суммарного момента сил удерживающего экскаватор от опрокидывания к суммарному моменту сил опрокидывающего экскаватор:
Суммарный момент удерживающий экскаватор от опрокидывания (Н×м) определяют относительно точки О (рисунок 4.4):
Рисунок 4.4. Схема к определению рабочей устойчивости экскаватора
Суммарный момент опрокидывающий экскаватор (Н×м) определяют также относительно точки О:
здесь - сила тяжести ходовой части экскаватора Н;
– касательная составляющая сопротивления копанию грунта определяем по формуле
где q – вместимость ковша 05 м3;
- глубина копания 012 м;
- коэффициент разрыхления грунта 13;
- коэффициент наполнения ковша 095;
- удельное сопротивление грунта копанию 240 кПа.
Решаем уравнение моментов сил относительно точки О:
6. Расчет производительности экскаватора ЭО-3322
Производительность одноковшовых экскаваторов является одним из главных параметров используемых в качестве исходной величины для расчета и проектирования машины.
Эксплуатационную производительность (м3ч) одноковшовых экскаваторов определяют по формуле
где q – вместимость ковша м3;
- коэффициент наполнения ковша грунтом (095);
- коэффициент разрыхления грунта зависящий от категории и состояния грунта (13);
- коэффициент использования машины во времени принимают ;
– продолжительность рабочего цикла с
где - продолжительность копания 10 с;
- продолжительность рабочего поворотного движения платформы экскаватора для разгрузки ковша 6 с;
- продолжительность разгрузки ковша 3 с;
- продолжительность обратного поворотного движения платформы в исходное положение 5 с.
Целью данной работы является прогнозирование направлений совершенствование конкретно заданной машины (в нашем случае экскаватор ЭО-3322). На основе изучения её существующей конструкции сферы применения и имеющихся недостатков её работы.
В работе мы указали задачи и область применения экскаваторов конструктивные особенности и процесс работы осветили информацию о технической характеристике машины и привели в пример иллюстрации данной машины. Провели патентные исследования и предложили модернизацию данного типа машины с целью повышения производительности рассчитали необходимые рабочие усилия и потребные мощности привода.
Список используемой литературы.
Белецкий Б. Ф. Строительные машины и оборудование. Справочное пособие. - Ростов нД Феникс 2002. 592с.
Волков Д. П. Строительные машины и средства малой механизации. Учебник для сред. проф. Образования. – М.: Мастерство 2002. – 480с.
Доценко А. И. Строительные машины и основы автоматизации. Учебник для строительных ВУЗов. – М. Высшая школа 1995. – 400с.
Богомолов А. А. Технические основы создания машин. Учебное пособие. – Белгород: Издательство БГТУ 2008. – 195с.
Богомолов А.А Герасимов М.Д. Строительные и дорожные машины. Практикум. – Белгород: Издательство БГТУ 2007. – 138с.
Богомолов А.А Герасимов М.Д. Дорожно – строительные машины. Часть 7. Учебное пособие. – Белгород: Издательство БГТУ 2000. – 147с.

Результаты патентного исследования ЭО-3322.dwg

БГТУ им. В.Г. Шухова группа 4ДМ-41
КР МЗР 2010.032.00.00.00.ПИ
Результаты патентного исследования
- дополнительный рабочий орган