Грейфер двухчелюстной на базе экскаватора KOMAT'SU PC200 для сыпучих грузов

rrrs-rr.cdw

* - Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения отверстий по H11
Сварку выполнить проволокой Св-08Г2С ГОСТ 2246-70.
После сборки покрасить в черный цвет ГОСТ 28246-2017.

rsrrryer-rr.cdw

* - Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения отверстий по H11
Сварку выполнить проволокой Св-08Г2С ГОСТ 2246-70.
Деталь 8 устанавливать после сварки детали 7.
После сборки покрасить в черный цвет ГОСТ 28246-2017.

rrryirrrrrrrrrryi-rrrrrrr.docx

В настоящее время в связи с ростом строительства городов и путей сообщения возникает резкая необходимость в создании строительных машин способных выполнять большие объёмы работ но при этом быть достаточно универсальными.
Машины копающие или разрабатывающие грунт перемещением рабочего органа называют землеройно–транспортными машинами. Землеройно-транспортные машины могут быть отнесены к подгруппе машин циклического действия поскольку они работают на определённом участке строительного объекта и все рабочие операции выполняются последовательно друг за другом и циклично.
Одними из основных типов землеройных машин в строительстве являются грейферные агрегаты.
Грейферными агрегатами называются машины и приспособления для перемещения сыпучих материалов скрапа и стружки крупнокусковых каменных и волокнистых материалов а также длинномерных лесоматериалов. Агрегат состоит из базового гусеничного экскаватора или крана и самого грейфера. Одним из главных преимуществ гусеничной базовой техники является высокие устойчивость и проходимость.
Широкое использование грейферов в строительном производстве определяется простотой их конструкции надежностью и экономичностью в эксплуатации высокими производительностью на больших площадях мобильностью и универсальностью.
От совершенства конструкции грейфера а главное его рабочего оборудования зависят технико-экономические показатели и качество работ.
На базовую машину устанавливаются различные типы челюстей на грейфере в зависимости от специфики работ.
Назначение агрегата состоит в замене ручного труда в копании и перемещении на короткие расстояния грунта при строительстве грунтовых дорог дамб плотин профилировании насыпей снятии грунта выравнивании грунтовых поверхностей и других строительных работ.
Обзор грейферного оборудования
1 Классификация грейферного оборудования.
Грейфер- приспособление предназначенное для извлечения и погрузки навалочных (сыпучих пылевидных кусковых) и штучных грузов. Говоря о грейферах выделяют два основных типа принципиально отличных по назначению. К первому типу относятгрейферные ковши основная цель которых - копание грунта. Ко второму -грейферные захваты предназначенные для осуществления погрузочно-разгрузочных работ.
Грейферами оснащаются грузоподъемные механизмы и копательная техника такая как подъемные краны и экскаваторы на крюк или стрелу которых навешивается грейферный механизм расширяя область их применимости.
Грейферные механизмы применяются также при подводной добыче строительных материалов и полезных ископаемых. Водные суда оборудованные краном с грейферным ковшом используются для добычи песка гравия руды со дна рек озер морей и океанов.
Управление грейферным устройствомзаключается в выполнении двух действий:перемещение самого устройстваиманипуляция его челюстями. В зависимости от кинематики управления выделяют два вида грейферов: канатные и приводные (моторные).
1.1 Классификация грейферов по кинематическому типу действия.
Рисунок 1.1 - Классификация грейферов по кинематическому типу действия.
Канатный грейфер приводится в движение одним или несколькими приводными барабанами с намотанными на них управляющими тросами. Лебедки в состав которых входят эти барабаны размещаются на подъемном механизме на крюк которого подвешивается грейфер. По числу управляющих канатов различают одноканатные и многоканатные грейферы. Последние в свою очередь подразделяются на двух- трех- и четырехканатные.
Одноканатный грейфер – это грейфер имеющий один канат. Весь процесс работы – зачерпывание подъем груженного грейфера раскрытие челюстей и опускание грейфера на материал для нового цикла ведется одним подъемно-замыкающим канатом работающим от одной приводной замыкающей лебедки. Навешивается непосредственно на крюк крана и является быстросменным грузозахватным приспособлением (рис. 1.2).
Рисунок 1.2 – Одноканатный грейфер.
Двухканатный грейфер – это грейфер у которого операции подъема выполняет один канат называемый подъемным или поддерживающим а раскрытие и закрывание грейфера – другой называемый замыкающим или закрывающим (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 – Схема двухканатного грейфера.
Трехканатные и четырехканатные грейферы. С принципиальной точки зрения функционирование трех- и четырехканатных захватов не отличается от двухканатных. Разница лишь в количестведополнительных тросов. В трехканатном - один канат поддерживает а два - управляют челюстями причем синхронно. В четырехканатном - одна пара канатов - поддерживающая вторая - управляющая. Использование конструкций с дополнительными тросами позволяет повысить грузоподъемность и мощность грейферных захватов.
Управление челюстями данного вида механизмов реализуется посредствомотдельного привода который передает силовое усилие с электрического или дизельного мотора на исполнительные элементы. С целью подчеркнуть существование отдельного двигателя ответственного за управление приводом приводные грейферы часто называютмоторными.
Двигатель усилие с которого передается на челюсти посредством привода может являться частью конструкции грейфера или размещаться за ее пределами на подъемно-погрузочном механизме. В последнем случает в зависимости от привода к управляющему механизму грейфера должны дополнительно подводиться шланги или кабели.
Вэлектромеханическом приводном грейферерабочее усилие вырабатываемое электрическим двигателем передается на челюстные захваты при помощи зубчатого редукторного ременного винтового или другого передаточного механизма. Простые но надежные захваты оснащаются электрической талью - электромотором с полиспастом подвижный блок которого в сочетании с шарнирной системой челюстей координирует работу последних.
Гидравлические грейферыоснащаются гидроцилиндрами и системой подводящих шлангов. Насосное оборудование служащее для нагнетания жидкости в цилиндры не является частью конструкции гидравлического типа (рис. 1.4).
Рисунок 1.4 – Схема гидравлического привода грейфера.
Устройствопневматического грейфера по сути не отличаются от гидравлического за исключением того что вместо жидкости используется сжатый воздух нагнетаемый воздушным насосом (компрессором).
В основе функционированияэлектромагнитного грейфералежит явление возникновения магнитного поля под действием электрического тока. Напряжение приложенное к катушкам возбуждения заставляет подвижный магнитопровод сблизиться с корпусом и сомкнуть челюсти. Образуемый от двух катушек магнитный поток порождает единое магнитное поле отвечающее за притяжение ферромагнитных материалов к электромагниту. Кроме того возникающий магнитный эффект усиливает «хватательные» характеристики захвата – мелкая металлическая стружка и другие мелкокусковые предметы являющиеся ферромагнетиками не высыпаются из ковша при его перемещении что повышает объем удерживаемого груза. Опорожнение ковша производится прекращением подачи напряжения на катушки магнитопроводов. Челюсти под действием собственного веса размыкаются – и груз вываливается (рис. 1.5).
Рисунок 1.5 – Схема электромагнитного привода грейфера.
1.2 Классификация грейферов по типу челюстей.
По конструкции челюстей:
ковшеобразные грейферынередко используются для проведения копательных работ и добыче ископаемых. С целью улучшения черпающих характеристик режущие кромки ковша дополняются заостренными зубьями (рис. 1.6а);
клещеобразные захватыудобны для погрузки круглого леса трубных изделий и других цилиндрических объектов продолговатой формы (рис. 1.6б);
вильчатые грейферынаходят свое применение как оборудование сельскохозяйственного предназначения. Они незаменимы для высокопроизводительной погрузки сена соломы и прочих волокнистых материалов как в рулонном так и рассыпном виде (рис. 1.6в).
Рисунок 1.6 – Конструкции челюстей грейфера
(а – ковшеобразный; б – клещеобразный; в – вильчатый).
открытый грейфер – лопасти при смыкании не образуют сплошной поверхности (рис. 1.7);
закрытый грейфер – лопасти образуют сплошную поверхность при смыкании (используется чаще для сыпучих и склонных к высыпанию материалов).
Рисунок 1.7 – Схема открытого захвата грейфера.
По количеству челюстей грейфера:
двухчелюстной (рис. 1.6а);
многочелюстной (рис. 1.6бв).
По управлению челюстями грейфера:
общий привод челюстей (рис. 1.8);
индивидуальный привод каждой челюсти (рис. 1.8);
с фиксацией челюстей в открытом состоянии;
без фиксации челюстей в открытом состоянии.
Рисунок 1.8 – Схема управления челюстями грейфера.
По виду движения челюстей грейфера:
одновременное движение челюстей;
независимое движение челюстей.
Патент №2226496. Авторы: Фёдоров В. Е. Тараненко Т. Е.. Грейфер многочелюстной электромагнитный постоянного тока [1].
Рисунок 1.9 – Рисунок к патенту [1].
Формула изобретения:
Грейфер многочелюстной состоящий из корпуса и подвижного магнитопровода соединенных между собой шарнирно с помощью лап-захватов отличающийся тем что в корпусе и подвижном магнитопроводе представляющем собой разомкнутую систему состоящую из сердечника и коаксиально с ним расположенного наружного полюса размещены катушки возбуждения при подаче питающего напряжения на которые корпус и подвижный магнитопровод притягиваются друг к другу что обеспечивает создание при их сочленении единого увеличенного магнитного рабочего поля и привод лап-захватов.
Грейфер многочелюстной по п.1 отличающийся тем что катушки возбуждения корпуса и подвижного магнитопровода имеют раздельное питание полярность и амплитуда которых в соответствии с установленной циклограммой обеспечивают оптимальный режим захвата и удержания груза и меняются в зависимости от характеристики перегружаемого материала.
Патент №2314991. Авторы: Щербунов А. И. Мельников В. А.. Многочелюстной гидравлический грейфер [2].
Рисунок 1.10 – Рисунок к патенту [2].
Многочелюстной гидравлический грейфер содержащий несущую конструкцию закрепленные на ней шарнирно челюсти и гидропривод их перемещения включающий связанные с каждой челюстью гидроцилиндры штоковые и поршневые полости которых посредством трубопроводов соединены через гидрораспределитель с гидронасосом и сливной магистралью отличающийся тем что несущая конструкция выполнена в виде полого цилиндра по боковой поверхности которого расположены карманы для размещения гидроаппаратуры закрытые кожухами в нижней части цилиндра за одно целое с ним выполнена емкость для рабочей жидкости гидросистемы при этом гидроцилиндры челюстей закрыты кожухами и снабжены гидрозамками установленными на трубопроводах подачи рабочей жидкости в их поршневую полость.
Патент № 2301191. Авторы: Щербунов А. И. Веснин Г. П. Мельников В. А.. Гидравлический грейфер [3].
Рисунок 1.11 – Рисунок к патенту [3].
Гидравлический грейфер содержащий раму подвеску челюсти с клыками установленными на раме привод челюстей включающий два гидроцилиндра и механизм поворота грейфера вокруг вертикальной оси включающий вал-шестерню и гидроцилиндр привода жестко закрепленный на раме отличающийся тем что грейфер дополнительно снабжен системой синхронизации закрытия-открытия челюстей состоящей из двух пар шестерен установленных на осях клыков челюстей и кинематически связанных с клыками кулачковыми полумуфтами жестко закрепленными на клыках а вал-шестерня механизма поворота грейфера вокруг вертикальной оси взаимодействует с зубчатым сектором шарнирно закрепленным на штоке гидроцилиндра привода при этом гидроцилиндры привода челюстей размещены между челюстями с шарнирным закреплением их штоков на кронштейнах размещенных в средней части балок соединяющих челюсти причем клыки каждой челюсти смыкаются с перекрытием образуя эллипсовидный зев.
Патент №2165386. Автор: Головань В. Э.. Гидромеханический грейфер [4].
Рисунок 1.12 – Рисунок к патенту [4].
Гидромеханический грейфер содержащий несущий корпус поворотные челюсти захвата шарнирно связанные с поворотным корпусом механизм поворота грейфера вокруг вертикальной оси механизм смыкания и размыкания челюстей и муфту включения упомянутых механизмов отличающийся тем что он снабжен реверсивным гидромотором механизм смыкания и размыкания челюстей выполнен в виде червячной пары на осях червячных колес которой жестко закреплены челюсти а червяк которой расположен соосно с валом гидромотора с возможностью взаимодействия с ним посредством образующих упомянутую муфту включения двух кулачковых полумуфт одна из которых установлена на шлицевой части вала гидромотора а другая - на шлицевой части червячного вала при этом упомянутая червячная пара и полумуфты установлены в поворотном корпусе верхняя цилиндрическая часть которого с внутренней стороны имеет зубчатый венец для взаимодействия с сателлитами установленными в водиле а верхняя внешняя поверхность поворотного корпуса и внешняя поверхность водила образуют тормозные барабаны ленточных тормозов причем на несущем корпусе установлены нажимная лапка включения полумуфт и гидроразмыкатель на штоке которого шарнирно закреплено коромысло к концам которого шарнирно прикреплены взаимодействующие с возвратными пружинами тяга ползуна обеспечивающего растормаживание поворотного корпуса и водила и тяга упомянутой нажимной лапки.
Патент №2469947. Автор: Бурый Г . Г.. Грейфер сферический [5].
Рисунок 1.13 – Рисунок к патенту [5].
Грейфер сферический содержащий несущую конструкцию гидропривод включающий связанные с каждой челюстью гидроцилиндры штоковые и поршневые полости которых посредством трубопроводов соединены через гидрораспределитель с гидронасосом и сливной магистралью отличающийся тем что верхняя часть несущей конструкции цилиндрической формы и нижняя часть несущей конструкции сферической формы соединены сваркой челюсти эллипсоидной формы с возможностью перекрытия друг друга боковыми поверхностями закреплены к штокам гидроцилиндров посредством пальцев шарнирно с возможностью осуществления вращательного движения при зачерпывании боковая поверхность нижней части несущей конструкции выполненной сферической формы имеет пазы дугообразной формы.
Патент №2361086. Авторы: Хребто И. Ф. Хребто Е. С. Богданов А. М. Хребто С. И.. Рабочий орган стволовой погрузочной машины [6].
Рисунок 1.14 – Рисунок к патенту [6].
Рабочий орган стволовой погрузочной машины с управляемым грейфером включающий шестилопастной грейфер гидроподъемник две стойки и два управляющих гидродомкрата отличающийся тем что грейфер присоединенный к гидроподъемнику посредством шарового шарнира имеет возможность ограниченного поворота в вертикальной и полного поворота в горизонтальной плоскостях а также фиксации положения в любом направлении относительно продольной оси рабочего органа при помощи двух управляющих гидродомкратов связанных своими верхними частями цилиндров посредством шаровых шарниров со стойками жестко закрепленными на корпусе гидроподъемника а в нижней части - штоками посредством одинарных шарниров с кронштейнами траверсы грейфера.
Обзор разрабатываемой конструкции
Грейферный агрегат (рис. 2.1) представляет собой навесное оборудование на гусеничный экскаватор KOMAT’SU PC200.
Рисунок 2.1 – Экскаватор с грейферным оборудованием.
1.1 Технические характеристики.
Эксплуатационная масса: 19500 кг
Мощность двигателя на маховике: 107 кВт
Максимальная скорость передвижения: 55 кмч
Ширина (по краям гусениц): 2800 мм
Высота (в транспортном положении): 2970 мм
Длина (в транспортном положении): 9425 мм
Максимальная высота подъема оборудования: 10000 мм
Максимальная глубина копания: 6620 мм
Усилие отрыва: 14100 кг
Усилие на рукояти: 12600 кг
Модель двигателя: SAAD6D102E
Количество цилиндров: 6
Рабочий объем: 588 л
1.2 Стандартное оборудование для базовой машины.
Генератор 60 А 24 В;
Дополнительная система очистки некачественного топлива;
Рукоять 2925 мм 9'7";
Аккумуляторные батареи большой емкости;
Кондиционер воздуха со стеклообогревателем;
Нескользящие настилы;
Стрела 5700 мм 18'8";
Автоматический деселератор;
Дополнительные принадлежности для кабины — Козырек для защиты от дождя — Солнцезащитный козырек;
Автоматическая система прогрева двигателя;
Клапан удержания стрелы;
Кабина с возможностью опционной установки верхнего ограждения для защиты оператора от падающих предметов уровня 2 с болтовым креплением; Противовес;
Воздухоочиститель сухого типа двойной фильтрующий элемент;
Электрический звуковой сигнал;
Двигатель KOMAT’SU SAA6D107E-1;
Система предотвращения перегрева двигателя;
Защитное ограждение вентилятора;
Гидравлические регуляторы натяжения гусениц (с каждой стороны);
Многофункциональный цветной дисплей;
Кнопка максимального повышения мощности;
Система гидроуправления с пропорциональными регуляторами давления;
Сиденье амортизированное;
Ремень безопасности инерционный;
Нижняя защита ходовой рамы;
Пылезащитная сетка радиатора и маслоохладителя;
Зеркала заднего вида (правое левое заднее диагональное);
Стартер 55 кВт24 В × 1;
Рабочие фары — 2 на кабине — 1 на противовесе;
Всасывающий вентилятор;
Защитное направляющее ограждение гусеницы центральная секция;
Опорные катки — PC200-8 7 с каждой стороны — PC200LC-8 9 с каждой стороны;
Башмак гусеницы — PC200-8 600 мм 24" c тремя грунтозацепами — PC200LC-8 700 мм 28" c тремя грунтозацепами;
Сигнал предупреждения о передвижении;
рабочих фары (на стреле и с правой стороны);
Система выбора рабочих режимов.
2 Грейферное оборудование.
Грейферное оборудование состоит из двух ковшей общим объемом стойки кронштейна соединяющего всю конструкцию с базовой машиной при помощи болтов механизмом регулирования согласованной работы ковшей осей и привода в виде двух гидроцилиндров.
Рисунок 2.2 – 3D модель грейферного оборудования.
Рабочий цикл грейфера включает в себя следующие операции:
Опускание порожнего раскрытого грейфера на материал. Штоки гидроцилиндров при этом должны быть втянуты;
Зачерпывание материала. Заполнение грейфера материалом осуществляется при смыкании челюстей – ковшей. Работа гидроцилиндров должна быть равномерной и совместной. Сопутствует этому специальный механизм;
Подъем груженого грейфера. Штоки гидроцилиндров выдвинуты. Подъем осуществляется благодаря силовым установкам базовой машины – экскаватора;
Опорожнение груженого грейфера. Раскрытие челюстей осуществляется при втягивании штоков гидроцилиндров при этом и происходит выгрузка материала.
Рисунок 2.3 – Схема работы грейферного оборудования
а) закрытое положение; б) открытое положение.
Рисунок 2.4 – 3D модель ковша.
Ковш состоит из листовых тел двух труб и кронштейнов (для крепления со стойкой) которые соединяются между собой сваркой. Для придания конструкции большей жесткости в ней предусмотрены специальные ребра а также различные усиления в местах где ковш будет соприкасаться с поверхностью грунта.
Рисунок 2.5 – 3D модель стойки.
Нижние отверстия (рис. 2.5) предназначены для соединения с ковшами верхние с резьбой – с кронштейном.
Рисунок 2.6 – 3D модель кронштейна.
Кронштейн предназначен для соединения всей конструкции грейферного оборудования с базовой машиной. В проушины и стрелу экскаватора вставляется палец который и несет на себе всю нагрузку.
В основании кронштейна лежит кругляк в котором сделаны отверстия с резьбой для крепления со всей остальной конструкцией. К центру кругляка приварена опора с ребрами жесткости и проушинами.
Вся силовая работа грейферного оборудования лежит на гидроцилиндрах – гидродвигателях возвратно-поступательного действия. Рабочее давление на данной машине – 63 МПа.
Шток гидроцилиндра выполнен из прочной Стали 45 с дальнейшим хромированием что придает надежность и долговечность.
Рисунок 2.7 – Схема одной оси.
Ось представляет собой сборочную единицу состоящую из оси крепления и крышки. Соединение производят при помощи сварки.
Деталь ось сделана с отверстиями под масленку и смазочный материал а также углублением под стопорное кольцо для надежной фиксации всей сборочной единицы в работе грейферного оборудования.
Отверстие для смазочного материала делаются на сверлильном станке. Поперечное отверстие делается посередине рабочей части оси т. е. той поверхности которая касается с другой сборочной единицей.
Посадка D9k6 выбрана специально т.к. ось несет на себе высокие нагрузки.
Для более надежной фиксации оси в рабочем пространстве креплением при помощи болта она соединяется с соприкасаемой поверхностью в которой просверлены резьбовые отверстия. Данная компоновка удерживает ось в определенном положении.
2.6 Болтовое соединение.
Для более надежного крепления кронштейна со всей основной частью грейферного оборудования используем болтовое соединение в которое входит болт пружинная шайба и гайка шестигранной формы. Все они стандартизованы. Расчет болтового соединения будет произведет ниже.
Рисунок 2.8 – Схема болтового соединения кронштейна с грейферным оборудованием.
Практически все детали в сборочных единицах металлоконструкций сделаны из листового тела. Поэтому необходим рациональный выбор материала который будет легко свариваемым относительно дешевым и находящимся в свободной продаже. Таким материалом является Сталь 3.
В местах где необходимо применять смазочные материалы (места установки пресс-масленок) применять Литол-24.
Расчет основных параметров
1 Расчет производительности грейферного оборудования [9].
Теоретическая (конструктивная) производительность.
Техническая производительность.
Эксплуатационная производительность.
2 Расчет сил действующих во время копания на элементы грейфера.
Рисунок 3.1 – Схема действующих на грейфер (одну часть) сил во время начала зачерпывания груза.
– толщина челюсти м;
3 Подбор гидроцилиндра.
Зададимся номинальным давлением гидрооборудования 63 МПа. Предположим что КПД гидросистемы составляет 075% тогда:
По ГОСТ 6540-68 принимаем Из конструктивных соображений принимаем ход поршня
1 Подбор болтов для соединения кронштейна с рабочей частью грейфера [10].
Рисунок 4.1 - Схема усилий болтов со стороны кронштейна на грейфер и их расположение.
где P – полный вес грейфера Н;
Условие прочности болтового соединения:
z – количество болтов;
Рассчитаем болт с классом прочности 12.9 (так как высокая нагрузка) тогда:
Принимаем проектный диаметр болта
2 Подбор гидроцилиндра по диаметру поршня. Расчет штока на устойчивость.
Условие устойчивости:
По ГОСТ 6540-68 принимаем диаметр штока Получаем что диаметр поршня равен диаметру штока.
3 Расчет оси на срез [11].
Рассмотрим деталь ГР-21.01.09.001 которая представляет собой ось.
На неё действует сила смятия со стороны гидроцилиндра. Ось изготовлена из материала Сталь 40.
Рисунок 4.2 - Схема усилия действующего на ось со стороны гидроцилиндра.
В курсовом проекте было спроектировано грейферное оборудование на базе экскаватора KOMAT’SU PC200 имеющее две челюсти – ковша на гидроприводе.
Проведен обзор и анализ существующих агрегатов представлена классификация грейферов дано описание проектируемой конструкции.
Выполнен расчет основных параметров оборудования и рассчитаны на прочность узлы соединения наиболее нагруженные и подверженные поломке.
Список использованных источников
Справочник конструктора дорожных машин. Изд. 2-е переработ. И доп. Под ред. Д-ра техн. Наук проф. И. П. Бородачева. М. Машиностроение 1973 г. 504 с. Авт: Б. Ф. Бондаков С. А. Варганов М. Р. Гарбер и др.
Дунаев П. Ф. Леликов О. П. Детали машин. Курсовое проектирование. Учебное пособие для техникумов. Изд. 2-е. М. Высшая школа 1990;
Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т.: Т. 2. – 8-е изд. перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. – М.: Машиностроение 2001. – 912 с.: ил.

rryesryerrrsrs-rrs-rsrrsrsr-rsrrsrs.cdw

Грейферное оборудование на базе
экскаватора KOMAT'SU PC200
Базовая машина KOMAT'SU PC200
Эксплуатационная масса агрегата
Грейферное оборудование:
- тип действия приводной
- тип привода гидравлический
- тип челюсти ковшеобразный
- количество челюстей 2

rsrrsrs-ryerrrsrsr-rrsrerrs-srrsssrrrsr.cdw

* - Размеры для справок
Неуказанные предельные отклонения отверстий по H11
Во все места установки детали 25 ввести смазку Литол-24
Рабочее давление в гидросистеме - 6
Покрасить в черный цвет