Проектирование одноковшового экскаватора

Poyasnitelnaya_zapiska.doc

ОБЗОР И АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ6
ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ9
ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ11
РАСЧЕТ УСИЛИЙ КОПАНИЯ15
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ25
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ29
В высокоразвитых странах Европы и Америки наиболее распространенным видом многофункциональных машин являются экскаваторы-погрузчики. Эти машины получили широкое применение как в дорожно-строительной отрасли так и в коммунальном хозяйстве. В городских условиях с компактными строительными площадками экскаватор-погрузчик стал наиболее востребованной техникой используемой в указанных областях. Мобильность в передвижении многофункциональность в использовании превращают экскаватор-погрузчик в фаворита строительной техники. Увеличение объемов работ в дорожном строительстве увеличение работ по строительству городской инфраструктуры и ремонту тепловых сетей кабельных коммуникаций в стесненных городских условиях а также увеличение объемов коттеджного строительства привело к увеличению спроса на универсальные многофункциональные машины которые одновременно совмещают функции нескольких машин - это все современный экскаватор-погрузчик.
Экскаватор-погрузчик эта машина весом 7 тонн со специально спроектированной рамой для того чтобы выдерживать нагрузки возникающие при работе погрузочным или экскаваторным оборудованием а также выдерживать увеличенные мощность двигателя и гидравлики. При этом рама экскаватора выполнена разъемной в своей средней части что позволяет производить ремонт трансмиссии базового шасси без демонтажа экскаваторного и погрузочного оборудования и упрощает техническое обслуживание машины. Экскаваторное и погрузочное оборудование монтируется на стандартном полноприводном шасси серийно выпускаемым Минским тракторным заводом. Узлы и рама располагаются повыше чтобы увеличить дорожный просвет поскольку экскаваторы-погрузчики большую часть времени работают на неподготовленных площадках. Кабина двух-дверная что особенно важно при проведении работ вдоль стен и заборов. Для снижения уровня шума и вибрации на рабочем месте кабину монтируют через упругие элементы. В жаркую погоду окна кабины в открытом положении фиксируются. Открывающееся заднее окно обеспечивает необходимую вентиляцию. Кабина оборудована передним и задним пультами управления. Сидение оператора выполнено поворотным на 180 градусов с регулировкой по высоте. Это существенно улучшает обзор зоны работы при работе погрузочным и экскаваторным оборудованием.
Погрузочное оборудование оснащается универсальным (челюстным) погрузочным ковшом. При помощи погрузочного оборудования проводятся погрузочно-разгрузочные работы с сыпучими и мелкокусковыми материалами и грунтами. При помощи универсального погрузочного ковша планируют поверхности засыпают траншеи собирают в кучу мусор и грузят его в машины. Эта машина сочетает в себе большие возможности в копании подъемов грузов перемещении сыпучих материалов и грузов на территории строительной площадки планирование поверхности и мобильность экскаваторов и погрузчиков. Погрузочное оборудование управляется джойстиком расположенным под правой рукой машиниста экскаватора. Одновременно возможно совмещение подъема (опускания) стрелы погрузочного оборудования и опрокидывание или подъем погрузочного ковша. Погрузочный ковш выполняется либо универсальным (челюстным) либо объемным. Челюстным погрузочным ковшом можно работать как отвалом планировать грунт или производить перемещение грунта мусора и снега а затем закрыв челюсть вывозить все выше указанное за пределы объекта либо грузить в автомобиль.
ОБЗОР И АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ
Экскаватор погрузчик ДЭМ 1143 на базе МТЗ
Рис. 1.1 - ДЭМ 1143 на базе МТЗ
Табл. 1.1- Техническая характеристика ДЭМ-1143
Угол разгрузки погрузчика
Глубина копания погрузчика
Высота разгрузки погрузчика
Габаритная высота (с поднятым ковшом)
Объём ковша погрузчика
Ширина ковша погрузчика
Глубина копания экскаватора
Объём ковша экскаватора
Экскаватор-погрузчик JCB 3CX
Табл.1.2- Техническая характеристика JCB 3CX
Эксплуатационная мощность
Эксплуатационная масса
Максимальный объем ковша для копания
Ширина ковша для копания (размер ковша JCB 3CX)
Максимальная глубина копания
Максимальный объем ковша для погрузки (фронтальный)
Ширина ковша для погрузки
Максимальная скорость JCB 3CX
Максимальная грузоподъемность фронтального погрузчика JCB 3CX
Максимальная высота подъема груза фронтальным погрузчиком JCB 3CX
Экскаватор-погрузчик ЭО-2626
Рис. 1.3 - ЭО-2626 на базе МТЗ
Табл.1.3 –Техническая характеристика ЭО-2626
Макс. объем ковша экскаватора
Макс. глубина радиус высота действия
Макс. высота радиус действия заглубление ковша погрузчика
Макс. объем ковша погрузчика
Длина ширина высота транспортная
ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ
ЭО 2626 ЧЗКМ на базе трактора МТЗ-82 предназначен для механизации погрузочно-разгрузочных и землеройных работ. ЭО 2626 ЧЗКМ при погрузочных работ можно снабдить различными захватами вилами грейдерами ковшами для разных материалов кранами с крюком. Для проведения земляных работ ЭО 2626 ЧЗКМ дополнительно комплектуется планировочными отвалами граблями рыхлителями
Табл. 2.1- Технические характеристики ЧЗКМ ЭО-2626:
Геометрическая емкость ковша погрузчика
Тип 4-х цилиндровый дизельный четырехтактный с непосредственным впрыском топлива
Номинальная частота вращения коленчатого вала обмин
Рабочий объем цилиндров
- водяная закрытая с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости
- комбинированный с сухой центробежной и масляной инерционно-контактной очисткой воздуха
Коробка передач-механическая 9-ступенчатая (с редуктором удвающим число передач)
Число передач (впередназад)
Тип ходовой системы
- колеса на пневматических шинах: - задние - ведущие - передние - ведущие и направляющие
Механизм рулевого управления
- червяк косозубый сектор и гидроусилитель
Аккумуляторные батареи
Номинальная мощность генератора
Расход топлива в летний период
рабочий-55 л.час движения-10л.час
Просторная и светлая кабина безопасного исполнения с отличной обзорностью. Кабина ЭО 2626 с системой подогрева с электрическим стеклоочистителем и омывателем щиток приборов с указателями и приборами контролирующими и нформирующими о работе систем экскаватора-погрузчика
Тип гидронавесной системы
- универсальная раздельно-агрегатная.
Номинальное давление
ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Основными параметрами являются: размеры базовой части L K B экскаватора линейные размеры экскаваторного оборудования rp rc rк y1 y2 l1 l2 l3 l4 l5 l6 l7 l8 и массы рабочего оборудования Gс Gр Gк.
Основные размеры экскаваторных движителей назначают из условий обеспечения их передвижения в заданных режимах а так же устойчивости при экскавации грунта. Для пневмоколёсных движителей основными размерами являются его база L и K ширина колёс В (Рис. 2.1).
Рис. 3.1 – Схема базовой машины
Проектируемой машиной является экскаватор второй размерной группы а их конструктивной особенностью является то что они монтируются на пневмоколёсных тракторах ЮМЗ-6К МТЗ-80 и МТЗ-82 поэтому основные размеры движителя принимаем по технической характеристике базовой машины:
Расчёт остальных параметров производим на основании рекомендаций [6] по равенству:
где А – искомый размер м;
- коэффициент (табл. 2.17 [6]);
- коэффициент вариации (табл. 2.17 [6]);
Результаты расчётов заносим в таблицу 3.1. Размеры показаны на рисунке 3.2.
Таблица 3.1 – Размеры элементов рабочего оборудования
Обозначение по рис. 3.2
Высота шарнира цилиндра поворота стрелы
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
Рис. 3.2 – Конструктивная схема экскаваторного оборудования
Массу ковша находим в зависимости от его вместимости (Табл. 2.12 [6]):
где V – вместимость ковша ориентировочно принимаем 025 м3 [3]
Принимаем mk=200 кг.
Массы рукояти и стрелы выбирают в зависимости от массы ковша [6].
Принимаем mс=120 кг.
Принимаем mр=110 кг.
Кинематическую длину ковша определяют через радиус описываемый при повороте ковша режущими кромками зубьев который согласно действующему отраслевому стандарту вычисляется в зависимости от вместимости q (м3):
С учётом износа зубьев в среднем равного от предельного износа
РАСЧЕТ УСИЛИЙ КОПАНИЯ
Усилия действующие на гидроцилиндры рабочего оборудования можно определить графическим методом. При этом методе составляют уравнения моментов внешних сил и сил веса звеньев приложенных в центрах тяжести относительно осей вращения звеньев рабочего оборудования.
Определим усилие на штоке гидроцилиндра стрелы. Гидроцилиндр испытывает наибольшее нагружение когда стрела максимально опущена рукоять вытянута а ковш наполнен грунтом (Рис. 2.3). В данном случае гидроцилиндр работает на втягивание.
Составим уравнение моментов относительно точки О:
Выражая Рцс (усилие на штоке гидроцилиндра стрелы) получаем:
где Gс Gцс Gцр Gр Gцк Gк+г – веса элементов рабочего оборудования причём Gк+г – вес ковша с грунтом кН;
а1 а9 – плечи действия соответствующих сил м;
Р01 – касательная составляющая сопротивления грунта копанию кН;
Р02 – нормальная составляющая сопротивления грунта копанию кН.
Касательная составляющая определяется по формуле [1]:
где b – ширина режущей части ковша м;
h – толщина стружки м;
kуд – удельная сила копания Нм2.
Ширину режущей чисти ковша определим по формуле [1]:
где q – вместимость ковша м3.
Согласно рекомендациям [1] максимальная толщина стружки равна (025 03)b.
h=(025 03)0.65=016 019 м
Удельная сила копания для I-ей категории грунтов 25 70 кНм2 [3]. Для расчётов примем kуд=70 кНм2.
Рис. 4.1 – Расчётная схема для расчёта усилия в гидроцилиндре стрелы
По рекомендациям Холодова нормальную составляющую сопротивления грунта копанию можно принимать равной:
Р02=01.Р01=01.77=077 кН (4.4)
Рассчитаем усилие на штоке гидроцилиндров рукояти. Наибольшая нагрузка действующая на шток гидроцилиндра возникает при копании рукоятью (зубья ковша лежат на продолжении рукояти) когда шток гидроцилиндра полностью втянут (Рис. 4.2).
Рис. 4.2 – Расчётная схема для расчёта усилия в гидроцилиндре рукояти
Составим уравнение моментов относительно точки А:
где b1 b6 – плечи действия соответствующих сил м;
z – количество гидроцилиндров рукояти (z=2).
Подставляя значения получаем :
Определим усилие на штоке гидроцилиндра ковша. Данный расчёт производится в два этапа: находим усилие (Рзв) в тяге CD (Рис. 4.3) составляя уравнение относительно точки В; составляя уравнение моментов относительно точки А (Рис. 4.4) находим усилие на штоке гидроцилиндра (Рцк).
Выражая Рзв получаем:
где с1с2с3 – плечи действия сил
Рис. 4.3 – Расчетная схема для определения усилия в тяге CD
Найдём усилие на штоке гидроцилиндра:
Выражая Рцк получаем:
где с4с25 – плечи действия сил
Рис. 4.4 – Расчетная схема для расчёта усилия в гидроцилиндре ковша
Расчёт усилия на штоках гидроцилиндров поворота произведём исходя из потерь возникающих в подшипниках поворотной колоны.
Момент трения в подшипниках можно определить по формуле [4]:
где – коэффициент трения определяемый в зависимости от типа подшипника для роликового радиально-упорного конического =00018 [4];
Р – эквивалентная нагрузка на подшипник Н;
d – диаметр отверстия подшипника мм.
Эквивалентная нагрузка на подшипник равна осевой нагрузке которая в свою очередь равна весу рабочего оборудования и грунта:
где Gро=7 кН – вес рабочего оборудования;
Gгр=5 кН – вес грунта I-ей категории при полном ковше.
Тогда момент трения равен:
Усилие на штоке гидроцилиндра определим по формуле:
где r – радиус поворотной звездочки r=0.2 м.
Расчёт усилия на штоках гидроцилиндров аутригеров производим из условия вывешивания машины относительно передней оси (Рис. 4.5).
Рис. 4.5 – Схема расчёта вертикальной силы действующей на гидроцилиндры аутригеров
На аутригер действует вертикальное усилие Рцв. Найдём Рцв составив уравнение моментов относительно точки Е. Затем записав уравнение моментов относительно точки О крепления аутригера (Рис. 2.8) найдем усилие (Рца) действующее на штоке гидроцилиндра. Силу тяжести экскаватора прикладываем в центре масс.
Уравнение моментов относительно точки Е (Рис. 4.5):
Выражая Рцв получаем:
где L1L2 – плечи действия сил;
G – вес экскаватора;
z – число аутригеров (z=2).
Рис. 4.6 –Схема расчёта усилия в гидроцилиндре аутригеров
Запишем уравнение моментов относительно точки О (Рис.4.6):
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ
Мы применяем гидроцилиндры с односторонним штоком. Диаметр гидроцилиндра определяется по формуле:
для выталкивания; (5.1)
для втягивания; (5.2)
где FВЫТ- заданное усилие выталкивания гидроцилиндра;
DP- перепад давления на гидроцилиндре
Перепад давления принимают равным:
где РН – номинальное давление в гидросистеме МПа.
Принимаем равным 12 МПа.
hМЦ- механический КПД гидроцилиндра hМЦ=095;
- коэффициент мультипликации.
При расчете гидроцилиндров мы задаемся величиной =125 по ОСТ 22-1417-79.
Принятое значение округляем до ближайшего стандартного: D=40мм.
Принятое значение округляем до ближайшего стандартного: D=80мм.
По ОСТ 22-1417 выбираем гидроцилиндры
Таблица 5.1 – Обозначение гидроцилиндров
Обозначение гидроцилиндров по ОСТ 22-1417
Определим действительную скорость штока:
где - действительная подача насоса м3с;
Sэф – эффективная площадь поршня м2.
Для поршневой рабочей полости эффективная площадь определяется по формуле:
Тогда действительная скорость равна:
Определяем отклонение действительной скорости штока:
Данное расхождение в скорости является приемлемым так как допустимая разбежка равна 10%.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
Выполнив анализ мы получили данные:
C:Users1Desktop3D Деталь 1.grb
Стабилизация системы
Тело_25 - Винт_14 [ Винт_14 ]
Тело_29 - Шайба_18 [ Шайба_18 ]
Тело_26 - Шайба_15 [ Шайба_15 ]
Тело_16 - Шайба_5 [ Шайба_5 ]
Тело_27 - Шайба_16 [ Шайба_16 ]
Тело_19 - Винт_8 [ Винт_8 ]
Тело_21 - Винт_10 [ Винт_10 ]
Тело_18 - Шайба_7 [ Шайба_7 ]
Тело_22 - Винт_11 [ Винт_11 ]
Тело_23 - Винт_12 [ Винт_12 ]
Тело_17 - Шайба_6 [ Шайба_6 ]
Тело_12 - Шайба_1 [ Шайба_1 ]
Тело_13 - Шайба_2 [ Шайба_2 ]
Тело_20 - Винт_9 [ Винт_9 ]
Тело_14 - Шайба_3 [ Шайба_3 ]
Тело_15 - Шайба_4 [ Шайба_4 ]
Тело_24 - Винт_13 [ Винт_13 ]
Тело_28 - Шайба_17 [ Шайба_17 ]
Тело_32 - Шайба_21 [ Шайба_21 ]
Тело_36 - Гайка_25 [ Гайка_25 ]
Тело_30 - Шайба_19 [ Шайба_19 ]
Тело_34 - Гайка_23 [ Гайка_23 ]
Тело_37 - Гайка_26 [ Гайка_26 ]
Тело_33 - Гайка_22 [ Гайка_22 ]
Тело_38 - Гайка_27 [ Гайка_27 ]
Тело_39 - Гайка_28 [ Гайка_28 ]
Тело_35 - Гайка_24 [ Гайка_24 ]
Тело_31 - Шайба_20 [ Шайба_20 ]
Тело_1 [ Булева_27 ]
Коэффициент Пуассона
Коэффициент теплового расширения
Предел прочности на растяжение
Предел прочности на сжатие
Квадратичный тетраэдр
Количество элементов
Полное закрепление_1
Перемещения модуль [1]
Напряжения эквивалентные [1]
К-т запаса по эквивалентным напряжениям [1]
В ходе курсовой работы по дисциплине «Машины для земляных работ» были проведены расчёты основного рабочего оборудования одноковшового экскаватора 2 размерной группы.
В первом разделе были рассмотрены основные конструкции одноковшовых экскаваторов. Во втором разделе определены основные параметры базовой машины. В третьем разделе были определены усилия копания рассчитана толщина срезаемой стружки ковшом экскаватора. В четвёртом разделе определены усилия на штоке гидроцилиндра ковша рукояти и стрелы а также рассчитаны диаметры гидроцилиндров. Также был произведен расчет ковша на прочность.
Щемелёв А.М. Проектирование гидропривода машин для земляных работ: Учеб. пособие. – Могилёв: ММИ 1995. – 322 с.: ил.
Беркман И.Л. Раннев А.В. Рейш А.К. Универсальные одноковшовые строительные экскаваторы. Учебник для проф.-техн. Училищ. – 2-е изд. перераб. – М.: Высшая школа 1981. – 304 с.: ил.
Машины для земляных работ: Учебник для студентов вузов по специальности «Подъёмно-транспортные строительные дорожные машины и оборудование» Д.П. Волков В.Я. Крикун П.Е. Тотолин и др.; Под общ. ред. П.П. Волкова. – М.: Машиностроение 1992 – 448 с.: ил.
Перель Л.Я. Подшипники качения: Расчёт проектирование и обслуживание опор: Справочник. – М.: Машиностроение 1983. – 543 с. ил.
Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник – М.: Машиностроение 1983. – 301 с. ил.
Проектирование машин для земляных работ Под ред. А.М. Холодова. - Харьков: Выш. шк. Изд-во при Харьк. ун-те 1986.- 272с.
Свешников Станочный гидропривод
Металлические конструкции строительных и дорожных машин Под ред. Ряхина Н.В. – М.: Машиностроение.1987 – 326 с.: ил.
Строительная механика и металлоконструкции строительных и дорожных машин: Учебник для вузов по специальности “Строительные дорожные машины и оборудование” Н.Н. Живейнов Г.Н. Карасёв И.Ю. Цвей. – М.: Машиностроение 1988. – 280 с.: ил.
Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов – Минск 2001.-184 с.
Иванов М.Н. Детали машин. - М.: Высш. шк. 1991. – 382 с.
Иванченко Ф.А. и др. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. – 2 изд. перераб. и доп. – Киев.: Вища школа 1978. – 574 с.

Kovsh_SB.cdw

Технические требования
Требования к сварным швам по ГОСТ р ИСО 38-1-2007
Покрыть эмалью ПФ-115 ГОСТ 6465-76
Неуказанные сварные соединения варить ГОСТ 5264-80 и ГОСТ
Электроды типа Э-50А ГОСТ 9467-75. Швы зачистить.
Контроль качества сварных швов следует производить
радиографическим методом по ГОСТ 7512-82.
Качество металла и электродов подтвердить сертификатом
поставщика и входным контролем по ГОСТ 24297-87.
Неуказанные предельные отклонения по H14

obschiy_vid.cdw

Экскаватор-погрузчик
Техническая характеристика
Базовый трактор МТЗ-82
Модель двигателя Д243
Транспортная скорость
Вместимость ковша обратной лопаты
Вместимость ковша погрузчика
Максимальная глубина копания обратной лопаты
Максимальная высота выгрузки обратной лопаты
Высота выгрузки погрузчика
Номинальная грузоподъемность экскаватора
Номинальная грузоподъемность погрузчика
Максимальный радиус копания экскаватора