Экскаватор-планировщик

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

 

 

Кафедра: ”Строительные и дорожные машины”

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

на тему: “Экскаватор-планировщик”

по курсу: “Машины для земляных работ”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:         ст.гр. 114115

Аксёнов Т.И.

 

 

Проверил:        Яцкевич В.В.

 

 

Минск 2008

 

Реферат

 

Пояснительная записка содержит    31 лист.

Иллюстрируемый материал- 3 листа формата А1.

Ключевые слова: экскаватор-планировщик, стрела подвижная, стрела неподвижная, палец.

В курсовом проекте представлена  разработанная конструкция неподвижной стрелы.

Произведен анализ существующих конструкций, дано техническое обоснование к использованию такого технического решения, проведен расчет основных параметров и разработаны чертежи.

Основные конструктивные и технические показатели:

                     -базовый автомобиль – МАЗ-630303

                     -вместимость ковша – 0.65

                     -радиус копания на уровне стоянки  – 8.2 м

                     -ход телескопической стрелы -3,2 м

                     -высота выгрузки - 4 м

                     -глубина копания - 4.5 м

                     -производительность-55 м3/ч

Разработаны мероприятия по охране труда и окружающей среды.                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

    Введение

  1. Обзор патентных и литературных источников
  2. Выбор прототипа
  3. Расчетная часть

5.1 Расчет масс механизмов экскаватора

5.2 Расчет главной рабочей нагрузки

5.3 Расчет главных рабочих механизмов

5.4 Расчет поворотного механизма

5.5 Тяговый расчет

5.6 Статический расчет

6. Технологическая схема работ

7. Определение производительности

8. Технико-экономические показатели

9. Вопросы безопасности и охраны  труда

10. Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В данном курсовом проекте будет изложен материал по экскаватору планировщику с базовой машиной МАЗ. Также произведены расчеты машины по следующим параметрам: расчет машины на устойчивость, при двух худших положениях; расчет усилий на выдвижение рукояти телескопического оборудования; расчет усилий на поднятие стрелы, а так же усилий резания и сопротивление передвижению.

Касаясь именно экскаватора планировщика, то данный тип землеройных машин является перспективным. С каждым днем планировка участка затрудняется какими-либо природными факторами, что дает экскаваторам-планировщикам немало преимуществ. Этот вид землеройных машин можно принципиально выделить из массы других типов экскаваторов, так как кроме рытья земли они могут выполнять бесконечное количество различных работ, и сфера их применения разнообразна. Эти машины могут зачищать и планировать откосы, насыпи высотой более 2,5 метров, работать под мостами и в других ограниченных по высоте местах, “ювелирно” подкапывать под трубами и коммуникациями, рыть котлованы под прямым углом и т.д.

Исторически сложилось, что на территории СНГ телескопические экскаваторы называются экскаваторами-планировщиками и имеют ограниченный круг использования и эксплуатируются в основном:

- в подразделениях нефтегазовых компаний, занимающихся обслуживанием нефте- и газопроводов (до 45-50% всего парка телескопических экскаваторов СНГ)

- в дорожно-строительных компаниях (22-25%)

- в предприятиях ЖКХ и теплосетях (18-20%)

- в строительстве (5-8 %)

- на крупных промышленных предприятиях  и других объектах (менее 5%)

Очень редко на территории СНГ эту технику можно встретить где-либо еще.

В западных же странах и в США потребители этой техники используют ее универсальность на 100%. Она работает у строителей, дорожных строителей, в организациях ЖКХ, у энергетиков, в армии и МЧС, в Международной организации Красного креста и полумесяца, на металлургических заводах, у строителей тоннелей, на нефте- и газодобывающих предприятиях. И это еще не полный список пользователей техники подобной модификации.

Большинство телескопических экскаваторов устанавливается на автомобильное шасси, что делает их еще и очень мобильными. Такая техника самостоятельно и быстро перемещается по дорогам и, при этом, не портит дорожное покрытие.

 

 

Кроме того, экскаваторы в течение короткого времени могут работать в удаленных местах и возвращаться в гараж в конце работы. При этом, в процессе исследования было также обнаружено, что экскаватор может превращаться в манипулятор, подъемный кран, механизм для очистки доменных печей, газонокосилку, каток и т.п.

К телескопическим экскаваторам относятся так же телескопические шлакоуборочные машины и машины для тоннелестроения. Первые используются на сталелитейных заводах. С их помощью обслуживают доменные печи, выгребая из них шлак, очищают ковши и конверторы и пробивают пробки. Телескопическая стрела и в этом случае является очень удобным инструментом для таких специфических работ. Применение именно этой техники ведет к значительному сокращению вынужденных простоев и увеличивает скорость заполнения металлургических ёмкостей. Для работы в тяжелых высокотемпературных условиях используется специально защищенное рабочее оборудование и гусеничное шасси. Что касается телескопических экскаваторов для работы в тоннелях, то они используются при проходке тоннелей (используется навесное оборудование для рыхления], профилировании с помощью гидромолотов и специальных роторных насадок, отбойных работ и погрузки породы. Телескопическая стрела позволяет достигать большой рабочей высоты, не подвергая риску оператора.

За всю почти 60-летнюю историю телескопических экскаваторов значительно расширился их модельный ряд. Если первые экскаваторы можно было отнести только к третьей и четвёртой размерным группам на 1-2 типах автошасси, то сегодня на рынке представлена самая различная техника: от мини-экскаваторов, до тяжелых машин 5-6 размерных групп с широчайшим выбором шасси для экскаваторных установок.

На сегодняшний момент на рынке все еще доминируют экскаваторы 3-4 размерной группы на мобильных автошасси, однако за последние 15-20 лет их доля в общем количестве техники неуклонно уменьшается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Обзор патентных и литературных источников

 

Согласно заданию на курсовой проект были просмотрены патенты касающиеся экскаватора планировщика с телескопической стрелой, так же патенты касающиеся конструкции ковша и его зубьев, способа крепления зубьев к ковшу и т.д.

 

Патент №1 [6]

 

ЭКСКАВАТОР-ПЛАНИРОВЩИК С ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИМ СТРЕЛОВЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ

 

№2072020. Реферат


Использование: гидравлические экскаваторы-планировщики. Сущность изобретения: экскаватор-планировщик с телескопическим стреловым оборудованием включает самоходное шасси, поворотную платформу, телескопическую стрелу, состоящую из подвижной и неподвижной секций и наклонного участка неподвижной секции стрелы, гидроцилиндр выдвижения стрелы, гидроцилиндр поворота ковша, гидролинии и гидрораспределители гидроцилиндров. Стрела имеет механизм поворота, и наклонный участок ее неподвижной секции выполнен в виде портала. Внутри портала с возможностью вращения вокруг продольной оси установлена неподвижная секция стрелы. Гидроцилиндр выдвижения стрелы корпусом закреплен на портале и имеет в своем корпусе подводы гидролиний первый, второй и третий и в штоке; выводы четвертый и пятый. В штоке имеется внутренняя полость, в которой размещен центральный трубопровод соединений с пятым выводом. Внутри центрального трубопровода размещен второй центральный трубопровод.

Выводы четвертый и пятый соединены внешним трубопроводом с полостями гидроцилиндра поворота ковша. Гидрораспределители обеих гидроцилиндров соединены с третьим и первым подводами гидроцилиндра выдвижения стрелы. Механизм поворота стрелы может быть выполнен в виде гидромотора, соединенного с закрепленным на портале планетарным редуктором. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунок 1.1- Общий вид экскаватора-планировщика с телескопическим стреловым оборудованием.

 

 

Патент №2 [7]

 

КОВШ ЭКСКАВАТОРА

№2186908. Реферат


Изобретение относится к землеройным машинам, в частности к одноковшовым экскаваторам с принудительной разгрузкой ковша.

Ковш экскаватора включает заднюю и боковые стенки, имеющие шарнирное соединение с рукоятью, днище и подвижную очистную рамку, шарнирно соединенную с боковыми стенками, и привод поворота ковша, выполненного в виде рычага и тяг. Боковые стенки ковша и подвижная очистная рамка соединены с рукоятью ковша одним и тем же шарниром, а очистная рамка имеет привод поворота, выполненный в виде гидроцилиндра, шток которого шарнирно соединен с ней. Корпус шарнирно соединен с рычагом привода поворота ковша, при этом продольные оси гидроцилиндра и тяг расположены в одной плоскости, а задняя стенка имеет прорезь для прохождения гидроцилиндра привода очистной рамки при ее повороте. Расширяются технологические возможности, повышается производительность. 3 ил.

 

Рисунок 1.2 – Привод ковша

 

 

Патент №3 [8]

 

ЗУБ КОВША ЭКСКАВАТОРА

 

 

№2184814. Реферат


Изобретение относится к землеройной технике, а именно к одноковшовым экскаваторам циклического действия, и может быть использовано в горнодобывающей промышленности. Зуб ковша экскаватора включает клинообразную рабочую часть, образованную выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями, формируемыми сопряженными цилиндрическими поверхностями, и снабженную ребрами жесткости и режущей частью, смещенной относительно продольной оси зуба и имеющей цилиндрическую поверхность, и хвостовую часть с опорными поверхностями. Режущая часть смещена вниз относительно продольной оси зуба на величину, составляющую 0,10-0,14 от длины рабочей части зуба, а радиус ее цилиндрической поверхности равен 20 мм. Клинообразная часть зуба выполнена с острым углом 10-15o между выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями. Радиусы цилиндрических поверхностей, формирующих выпуклую верхнюю и вогнутую нижнюю криволинейные грани рабочей части и нижних ребер на вогнутой криволинейной грани в области рабочей части, принимаются одинаковыми. Опорные поверхности хвостовой части выполнены наклонными с углом 9-11o и подъемом в сторону тела зуба, а в теле зуба в месте сопряжения рабочей части с хвостовой предусмотрена полость в виде усадочной раковины, не выходящей на рабочую поверхность. Повышается износостойкость и срок службы. 2 ил.

 

Рисунок 1.3 – Зуб ковша экскаватора.

 

 

                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Выбор прототипа

 

За прототип был принят экскаватор - планировщик на базе автомобильных шасси МАЗ - АНТЕЙ EW-25-M1.

 

Рисунок 2.4 - Экскаватор - планировщик на базе автомобильных шасси МАЗ - АНТЕЙ EW-25-M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.1 - Параметры экскаватора - планировщика на базе автомобильных шасси МАЗ - АНТЕЙ EW-25-M

 

ПАРАМЕТРЫ

EW - 25 M1

Радиус копания на уровне земли, м

10,45 / 11,8*

Максимальная глубина копания. м

5,45 / 6,8*

Минимальный радиус копания на уровне земли, м

2,2

Угол подворота ковша, град.

152

Угол поворота ковша относительно продольной оси стрелы. град.

360

Угол поворота стрелы

  

вверх, град.

30

вниз, град.

60

Ход основного гидроцилиндра телескопической стрелы, м

4,15

Максимальная высота оборудования при копании, м

8,7 / 9,4*

Максимальная высота копания, м

8 / 8,7*

Максимальная высота выгрузки, м

6,1 / 6,8*

Минимальная высота выгрузки, м

4,35*

 

*с удлинителем стрелы 1,5м


 

Помимо представленных видов шасси имеется возможность установки экскаваторного оборудования на шасси заказчика, а также на шасси иностранных производителей.

Таблица 2.2 – Параметры базовой машины

ПАРАМЕТРЫ

МАЗ - 630303

Колесная формула

6 х 4

Двигатель шасси

ЯМЗ -236БЕ2 (ЕВРО 2)

Скорость движения экскаватора

60 км/ч

Габаритные размеры в транспортном положении, мм

  

длина

8 700

высота

3 750

ширина

2 550

Полная масса, кг

21 870

Распределение полной массы по осям, кг

  

передняя ось

6 790

задняя тележка

15 080


 

 

 

 

 

 

ГИДРОСИСТЕМА ЭКСКАВАТОРА

 
    Применение высококачественных комплектующих (гидромоторы, РВД, фитинги, штуцеры и пр.) производства ведущих производителей Германии, Италии позволило увеличить давление до 28 МПа, и в свою очередь дало возможность в полной мере реализовать усилие на рабочем оборудовании. 
    Вся комплектующая продукция подвергается жесткому входному контролю качества. На специальном 
диагностическом стенде проверяется настройка и регулировка всей гидроаппаратуры. 
    Контроль над состоянием рабочей жидкости в гидросистеме осуществляется при помощи приборов на панели управления. Дополнительно экскаватор комплектуется набором приборов для диагностики гидросистемы экскаватора в условиях эксплуатации. 
    Конструкция экскаваторной установки предусматривает свободный доступ к гидравлическим агрегатам и местам подключения диагностической аппаратуры, что обеспечивает беспрепятственное обслуживание техники.

 

 

Таблица 2.3 Параметры силовой гидросистемы

 

ПАРАМЕТРЫ

АНТЕЙ

Два аксиально-поршневых насоса переменной производительности (регулируемые)

"Пневмостроймашина"

Максимальная подача насоса

2 х 110 л/мин.

Максимальное давление в гидросистеме

28 МПа

Система маслоохлаждения

шестеренчатый насос НШ10

Основные гидрораспределители

два гидрораспределителя "Walvoil"

Механизм поворота платфомы

нерегулируемый аксиально-поршневой гидромотор "Пневмостроймашина"

Механизм ротации ковша

два планетарных гидромотора

Гидроцилиндры с демпферами

"HidronicaDee"

Система очистки рабочей жидкости

фильтр сливной "Parker" с электрическим индикатором загрязненности фильтра, и фильтр магнитный

Гидрозамки на стреловые гидроцилиндры

под заказ


 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.4 Параметры гидросистемы управления

 

ПАРАМЕТРЫ

АНТЕЙ

Насос системы управления

нерегулируемый аксиально-поршневой насос "Пневмостроймашина"

Максимальная подача насоса

26 л/мин.

Давление управления

3,5 МПа

Блок распределителей с электроуправлением выдвижными опорами

"Гидроаппарат"


 

КАБИНА ОПЕРАТОРА ЭКСКАВАТОРА

 
    Кабина оператора экскаватора  изготовлена из стеклопластика, в который заформован в металлический каркас. Такая конструкция отличается повышенной прочностью и гарантирует безопасность оператора. 
    Кабина оператора имеет:

  • каркас, не требующий покраски;
  • высокую прочность при малом весе;
  • антикоррозийную стойкость;
  • низкую теплопроводимость;
  • стекла «триплекс»;
  • удобный доступ к местам обслуживания основных узлов установки.

 

Прочная и просторная кабина экскаватора рассчитана на максимально комфортную работу оператора.

 
РАБОЧЕЕ МЕСТО ОПЕРАТОРА

 
    Проектируя рабочее место, технологи и конструкторы старались сделать его максимально «дружелюбным» по отношению к оператору. Рабочее место оператора оснащено:

  • электроподогревом, откидывающимися подлокотниками,  5-ю регулировками спинки и сиденья в различных плоскостях;
  • джойстиками «Bosсh-Rexroth»;
  • открываемым лобовым стеклом;
  • шумопоглощающей и виброзащитной обивкой;

  • двухрежимной печью, работающей от системы охлаждения установки;
  • солнцезащитным козырьком.

 

    Комфортабельность рабочего  места  оператора, легкость в управлении, хорошая обзорность рабочей площадки – все это способствует повышению производительности труда оператора.

 

БЛОКИ И ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ

  
    Управление экскаваторной установкой осуществляется при помощи гидравлических блоков сервоуправления (джойстиков) «Bosch-Rexroth», которые обеспечивают ювелирную точность операций и снижают утомляемость оператора. Это значительно облегчает труд оператора и повышает суммарную производительность выполняемых работ. 
    На приборную панель управления вынесены все необходимые измерительные приборы и индикаторы, позволяющие оперативно контролировать параметры работы экскаватора:

  • обороты двигателя (тахометр);
  • давление масла в двигателе;
  • температуру охлаждающей жидкости;
  • заряд АКБ;
  • уровень топлива;
  • давление в сервосистеме;
  • температуру рабочей жидкости в гидробаке;
  • счетчик времени наработки.

 

3. Расчетная часть

 

В состав расчета входит: выбор исходных параметров для расчета экскаватора и определение его размеров и масс, определение главной рабочей нагрузки, расчет главных рабочих механизмов, поворотного механизма и ходового оборудования, статический расчет.

В начале, исходя из выбранного прототипа, зададимся некоторыми параметрами, которые в дальнейшем пригодятся нам для расчета.

 

Вес ковша, Gк – 440 кг;

Максимальный угол поднятия рабочего оборудования – 300;

Максимальный угол опускания рабочего оборудования – 600;

Максимальный угол поворота платформы – 3200;

Время поворота платформы на максимальный угол – 7 сек;

 

Удельное сопротивление грунта резанию, K1 – 0,1*106 Н/м2;

Толщина срезаемой стружки, h – 0,15 м;

Коэффициент разрыхление грунта, kp – 1,2;

Коэффициент наполнения грунта, kн – 0,8;

 

 

 

3.1 Расчет масс механизмов экскаватора

 

Для дальнейшего расчета нем необходимо узнать массы следующих частей экскаватора: массу выдвижной рукояти, массу стрелы и массу пригруза платформы.

Для расчета массы рукояти используем тот факт, что она выполнена из

металла прямоугольного сечения - полым.

 

Для подсчета веса рукояти надо обьем всего металла умножить на его плотность и на g=9,8 м/с2:

Для расчета веса стрелы используем тот же факт что и при расчете рукояти,

Только с соответствующими габаритными размерами стрелы:

Рисунок 3.1 – Сечение стрелы

 

Получившееся значение объема умножим на плотность что бы получить массу:

 

 

Для подсчета массы задней части поворотной платформы (пригруза), составим уравнение равновесия всех сил относительно оси вращение платформы, причем рукоять находится в максимально выдвинутом положении. И согласно этому уравнению момент от силы пригруза должен равняться моменту от всех сил с другой стороны без установленных опор на базовой машине и вся система должна находится в равновесии.

 

 

 

 

3.2 Расчет главной рабочей нагрузки

 

Главной рабочей нагрузкой экскаватора является сила сопротивления копанию.

Для работы с заданной производительностью экскаватор должен преодолевать сопротивления резанию расчетного по крепости грунта, перемещение грунта в ковше и заполнения ковша.

Для начала посчитаем сопротивления резания расчетного по крепости грунта.

Рисунок 3.2 – Расчётная схема для определения силы сопротивления резанию

 

5.2.1. Расчет сил сопротивления резанию грунта посчитаем методом Н.Г. Домбровского:

 

 

 

 

 

где W1 – расчетное усилие резания; К1 – удельное сопротивление грунта резанию, кПа; b – ширина захвата, принимается равной ширине ковша, м; h – глубина снимаемой стружки, м;

Подставив в формулу значения - получим:

 

 

5.2.2. Подсчитаем сопротивление от перемещения грунта в ковше по формуле:

 

 

где W2 – расчетное усилие от перемещения грунта по ковшу; GПР – масса призмы волочения, кг; γ1 – коэффициент трение грунта о металл; δ – угол резания;

 

 

 

 

где H – высота ковша, γоб – объемная масса грунта;kp – коэффициент разрыхления;

 

 

5.2.3. Сила сопротивления копанию  будет равна:

 

 

 

3.3 Расчет главных рабочих механизмов

 

В данном расчете будут произведены подсчеты усилия гидроцилиндра телескопического экскаватора в трех положениях для двух механизмов (рукояти и стрелы).

 

 

 

 

 

Усилие на выдвижение рукояти:

 

-положение а) – стрела и рукоять находятся параллельно земле:

Рисунок- 3.3 – Расположение сил при вертикальном расположении рукояти.

Составим уравнение реакции всех сил вокруг центра вращения колоны:

 

Где FB – сила выдвижения рукояти, кН; GP – вес рукояти, кН; GК+Г – вес ковша и груза в нем, кН; H, lP, lК+Г – плечи соответственно силы выдвижения, веса рукояти и веса ковша с грузом.

 

 

-положение б) – рукоять находится  под углом в 300 относительно горизонтальной линии:

 

Напишем сумму всех сил на ось Y:

Рисунок 3.4 – Схема расположения сил во втором положении рукояти.

 

-положение в) – рукоять находится  под углом в 600 вниз относительно линии горизонта:

Напишем сумму проекций всех сил на ось Y:


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.5 – Расположение сил

 

 

 

 

Усилие поднятия стрелы:

-положение а) – стрела и рукоять  находятся параллельно земле:

 

Рисунок 3.6 – Расположение сил при первом положении.

Составим уравнение моментов относительно точки, находящейся в центре тяжести стрелы:

 

Из данного выражения посчитаем силу необходимую на поднятие рабочего оборудования:

 

-положение б) -  стрела наклонена  на угол в 300 вверх относительно уровня земли:

Рисунок 3.7 – Расположение сил действующих в данном положении.

 

Напишем уравнение равновесия данной системы, составив сумму проекций всех сил на ось Y:

 

 

-положение в) – стрела и рукоять  наклонены вниз под углом 600 к горизонту:


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.8 – Расположение всех сил в данном положение.

Запишем сумму проекций всех сил на ось Y:

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Расчет поворотного механизма

 

Главный образом расчет поворотного механизма заключается в определении мощности поворотного движения экскаватора. По ней подбирается двигатель (или двигатели) механизма поворота многодвигательных машин или проверяется достаточность мощности ранее подобранного двигателя.

Для данного расчета необходима знать угол поворота платформы экскаватора, время поворота на полный угол, момент инерции поворотной части экскаватора.

Рисунок 3.9 - Расположение сил рабочего оборудования и пригруза

 

Для расчета мощности необходимого двигателя посчитаем моменты инерции всех механизмов находящихся на поворотной платформе:

 

После подсчетов сил инерции всех механизмов переходим к расчету необходимой мощности двигателя:

где Nдв – потребная мощность двигателя, кВт; Ii – момент инерции механизма, т*м; αп – максимальный угол поворота платформы; tп – время поворота на максимальный угол, с; ηп – кпд передач;

 

 

 

 

 

3.5 Тяговый расчет

 

Данный расчет необходим для определения наибольшего тягового усилия и требуемой мощности двигателя, необходимого для перемещения машины:

-Сопротивление на перемещение машины

 

-Мощность двигателя необходимого  для перемещения машины:

 

3.6 Статический расчет

 

Общей целью статического расчете является определение условий устойчивости экскаватора во всех возможных случаях его эксплуатации. Устойчивость достигается соответствующим сочетание масс механизмов и расположением.

Расчет ведется для двух положений: 1- при рабочем оборудовании перед началом копания, 2- при ковше с грунтом в положении, соответствующем началу поворота экскаватора на выгрузку.

 

 

В данном положении экскаватора проверяем его на устойчивость при положении рабочего оборудования перед началом капания. Если экскаватор стоит на уклоне, то угол повлияет за собой изменение плеча веса пригруза, на величину равную: