Проект модернизации одноковшового экскаватора

Министерство  образования Республики Беларусь   Учреждение  образования   БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА         Кафедра «Детали машин, путевые  и строительные машины»                  ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА                       К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ     ПРОЕКТ МОДЕРНИЗАЦИИ ОДНОКОВШОВОГО  ЭКСКАВАТОРА           Проверил:                                                   Выполнил: Профессор                                                  Студент группы ЗМ-5                                        Довгяло                                                       Выходцев П.Д.       2012

                                                         

Содержание

 

         Введение…………………………………………………………………………3

            1Анализ патентной литературы…………………….……………………….4

            2 Определение основных параметров машины….……………………..…...5

3 Расчет мощности…………………………………………………………....…9

3.1Расчет мощности механизма подъема ковша…………………………........9

3.2Расчет мощности напорного механизма…………………………………11

3.3Расчет мощности механизма поворота……………………………...…….14

4Статистический расчет экскаватора………………………………………...15

5.1 Определение веса противовеса…………………………………………...15

5.2 Устойчивость экскаватора………………………….…………………….18

6 Расчет привода механизма напора ……..……………………………..…...25

Список использованных источников…………………………………………37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Земляные работы являются составной частью строительства большинства инженерных сооружений. Они включают в себя: отрывку котлованов, траншей и каналов; возведение насыпей, плотин; устройство проходов в грунте виде шахтных тоннелей под различные подземные сооружения; бурение горизонтальных и вертикальных скважин при бестраншейной прокладке трубопроводов под насыпями железных и шоссейных дорог и т.п.

Дорожные машины работают в тяжелых условиях, которые характеризуются  большим диапазоном изменения температуры  воздуха, постоянной возможностью подвергаться воздействию осадков, передвижениям  в условиях бездорожья, работой на влажных и сильно запыленных грунтах  и т.п. к тому же строительные объекты  часто имеют значительную протяженность, поэтому места работы машин отдалены от ремонтных баз. Все это должно учитываться при проектировании машин.

Дорожные машины должны быть просты по конструкции и обладать высокой надежностью в работе и необходимой долговечностью.

Под надежностью понимается свойство машины выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели. Надежность характеризуется безотказностью, ремонтопригодностью и долговечностью.

Долговечность – свойство машины сохранять работоспособность  до предельного состояния при  установленной системе обслуживания и ремонта.

 

 

 

    

 

 

2 АНАЛИЗ ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

                                                         

Основные задач, которые ставятся при создании новой машины, согласно современным требованиям – повышение технической и эксплуатационной производительности; увеличение рабочих параметров; снижение удельной материалоемкости и т.п.

В нашем случае будем производить  модернизацию рабочего оборудования одноковшового  экскаватора.

Первое изобретение позволяет  повысить долговечность работы ковша  за счет снижения напряжений, действующих  на его заднюю стенку.

Следующее устройство повышает очистку ковша за счет внедрения  съемных продольных тяг, очистных скребков, кронштейнов и размещенных на коромысле фиксаторов.

Целью следующего изобретения  является расширение технологических  возможностей и повышение производительности за счет активации ковша. Рукоять снабжена валом с эксцентриковыми шейками и приводом вала, при этом любые парные тяги ковша одними своими концами соединены с эксцентриковыми шейками вала, установленного в проушинах рукояти.                              

                                                          

 

                                                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАШИНЫ

Применяя метод подобия, определим массу экскаватора. Выбираем [2, табл.18] экскаватор аналог марки Э-258 с объемом ковша q_к =0,25 м³ и массой 15 т. По формуле 1 [1] определим массу проектируемого экскаватора:

 

₌= = = =

 

Отсюда

                                           Gпр =                                                  ₍₁₎

 

где q_к – емкость ковша;

 А – линейные размеры;

 G – масса экскаватора проектируемая;

 S – силовые показатели;

 t -  продолжительность рабочих операций.

 

 

Gпр = ₌ 55,2т

 

Рассчитаем коэффициент  пропорциональности по следующей формуле:

 

                                                          К =                                                   (2)

 

К= =4,8

 

Предварительные размеры  основных элементов одноковшовых канатных экскаваторов определяем из зависимости [4]:

 

                                                                    *=Кi                                                     (3)

где Кi – коэффициент пропорциональности, принимаем по таблице 3.4[4] в зависимости от массы экскаватора.

Отсюда:

Длина стрелы

*_с = 2 = 7м

Длина рукояти

*_р = 1,6 = 5,7м

Радиус платформы

r =0,9 = 3,2 м

Длина гусеницы

*_г = 1,28 = 4,6м

Радиус копания

Rк =2,4 = 8,6м

Высота копания

Нк = 2,48 = 8,9м

Глубина копания

Нг = 2,4 = 5,7м

 

Определяем размеры ковша  в зависимости от его вместимости [4, с. 59]. Для ковша прямой лопаты с  зубьями, ширина ковша по внутреннему  размеру определяется по следующей  формуле:

 

                                                     Вк =1,2                                                 ₍₄₎

 

Вк =1,2  =1,2 м                                     

 

Длина средней части ковша:

L_к =0,9 = 0,9м

 

Длина передней стенки ковша:

 

                                                  L'_к = 1,35×L_к                                                                    (5)

 

L'_к =1,35×0,9 = 1,2м

 

Высота ковша по внутреннему  диаметру, измеряется посередине его  длины:

 

Нк= 0,93_=0,93 =0,93м

 

По таблице 40[5] определим  вес ковша в зависимости от его вместимости:

 

                                                 q_кс = (0,91,7)×q_к                                              (6)

 

q_кс = (0,91,7)×1,2 =   1,08

 

Принимаем  q_кс =1,3т

По диаграмме [5, рис.265] примем вес стрелы  q_c =1,35т, вес рукояти q_р =0,45т.

Скорости рабочих операций для строительных экскаваторов принимаются  следующие [1, с.9]:

-скорость подъема блока  ковш при независимом напоре:

 

Vп =0,40,5  м/с (при q_к =0,1м³)

-скорость подъема ковша  при зависимом напоре принимается  на 20%26% больше, чем при зависимом [1,с.9]

 

Vпн = 0,5×1,2 = 0,6 м/с

 

-скорость напора [1,с.9]

Vн =(0,40,5)Vпн = 0,60,5 = 0,3 м/с

Определим техническую производительность из выражения [1]:

 

                                                  Пт = 3600                                             (7)

 

где Кн – коэффициент наполнения ковша. При грунте 3-й категории Кн=1,12 [3, табл.7.12]

    Кр – коэффициент разрыхления грунта. При грунте 3-й категории Кр=1,12 [3, табл.7.12]

        Кп – коэффициент продолжительности цикла Кп = 0,8[1,с.8]

    Tп – продолжительность цикла

 

                                                     Тп = b +А                                                   (8)

 

Где b и А – эмпирические коэффициенты

 

Тп = 1,58 +10 = 20,7 с.

 

Пт = 3600 139 м³/ч

 

                                                  Пэ = Пт                                                (9)

 

Где кв –коэффициент использования машины во времени

   - коэффициент учитывающий квалификацию оператора.

 

Примем работу экскаватора  с погрузкой в транспорт, тогда  кв = 0,56, а квалификацию оператора как хорошую, тогда степень производительности 110%, из этого следует, что

 

Пэ = 139³/ч

                                                                                                                            

                                                        

     

3 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ

 

3.1 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ МЕХАНИЗМА  ПОДЪЕМА КОВША

 

Мощность необходимая  на подъем ковша при наборе грунта, расходуется на преодоление сопротивления  капания Р_о1, на преодоление весов рукоятки, ковша и грунта, а также составляющей напорного усилия, действующего в некоторых положениях рукояти почти параллельно полиспасту подъема ковша.

Толщина стружки (максимальная), обеспечивающая полное заполнение ковша, определяется по формуле [1]:

 

                                                     h_с =                                                   (10)

 

где Вк – ширина ковша

  Нн – высота напорного вала, которая принимается на 6070% меньше высоты копания[4,с.65], т.е.

 

Нн = =5,2 м

 

*c

                                                                                                 Р_о1

s_п

                                                                                                        Р_о2

                                                                          Нн

                                                            45°

 

 

Рисунок 1

 

 

h_с = = 0,16 м

 

В этом случае усилие на зубьях ковша [1]

 

                                                 Р₀₁ =к×Bк× h_с                                                (11)

 

где  к – удельное сопротивление  копания По табл.1[1] для грунта 3-й категории к=120 000н/м³

 

Р₀₁ =120 0001,2×0,16 = 23040 Н=23,4кН

 

Нормальная составляющая реакции грунта для ковшей с зубьями  определяется по формуле [1]:

 

                                                      Р_о2=у_п                                                 (12)

 

где - максимальная прочность грунта на снятие. Для грунта 3-й категории = 800 000 н/мм³

     в_р – ширина зубьев, в_р = 0,08 м

      у_п – проекция изношенного профиля на касательную к траектории резания

 

у_п =5×z = 5×0,01 = 0,05 м

 

 

Р_о2=800 000 =3200 Н = 3,2 кН

 

Вес грунта в ковше:

 

                                                    q_г = q_к×                                                     (13)

 

где - плотность грунта в естественном состоянии, = 17 000 н/м³

 

                                                    q_г = 1,2×17 000   = 20,4 кН                                                 

 

Усилие, необходимое для  подъема ковша

 

Sп = Р_о1 + q_р + q_кс+ q_г +Р_о2

Sп =23,4+4,5+13+20,4+3,2 =61,1 кН

 

Мощность привода механизма  подъема

 

                                                     N_п =                                                      (14)

 

где - КПд привода подъема ковша; = 0,85[4,с.72]

V_п – скорость подъема блока ковша, V_п =0,4  м/с (при q_к = 0,1

N_п =   = 35,9 кВт

 

3.2 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ НАПОРНОГО  МЕХАНИЗМА

 

Определим графическим методом  усилие напора в трех расчетных положениях: начало копания – стрела под углом 60; конец копания – стрела под углом 45° с максимальным вылетом ковша; стрела под углом 60° с максимальным подъемом ковша.

• Стрела направлена под углом 60°

р_нап

N_c 

 

60° 

                                   q_р                                     Н_н

                        

                                                 S_р

                                                       Р_о1

                                   q_кс              Р_о2

Масштаб 1мм = 1кН

                                                  Р_н

Рисунок 2

Из построения многоугольника сил Р'_нап =39 кН

 

Мощность напора

 

                                                      N_H = Р'_нап×                                                          (15)

 

N_H1 =39× = 13,8 кВт

 

• Стрела направлена под углом 45°     

 h_c

 

       N_{c                        Sп}

  р_{нап Ро1}

   Р_о2

                                                            q_р

   45°                 q_кс+q_п

                                                                                                         Н_н

                        

                                                

                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Масштаб 1мм=1кН

 

Рисунок 3

 

Из построения многоугольника сил Р''_нап =35 кН

 

Мощность напора

                                                     

N_H2 =35× = 12,5 кВт

 

• Стрела направлена под углом 60°

 

 Sп

 Р'''_нап

 g_р                                  g_кс+g_z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Масштаб 1мм = 1кН

     Рисунок 4

Из построения многоугольника сил Р'''_нап =45 кН

 

Мощность напора

                                                     

N_H3 =45× = 15,8 кВт

 

Определим мощность силовой  установки:

 

                                                        N =N_п +N _H3                                                          (16)

 

N =35,9+15,8=51,7 кВт

 

 

3.3 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА

 

По таблице 39 [5] вес платформы  с механизмами экскаватора –  аналога G^п _ан =6,2 т. Тогда вес платформы проектируемого экскаватора:

 

                                                Gпл = К× G^п _ан                                            (17)

 

Gпл = 4,8×6,2 = 29,8 т

 

По намограмме [4, рис. 3.17а] определяем момент инерции вращающейся части экскаватора: J=24,5 мНс²

Исходные данные для определения  мощности механизма поворота:

• КПД механизма поворота *_пов =0,8[4, с.72]
• Угол поворота = 100° [4, с.73]
• Продолжительность поворота t_п =6с[1,с.13]

 

По намограмме [4, рис. 3.17а] мощность N_пов =45 кВт

 

 

 

 

 

 

 

4СТАТИСТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭКСКАВАТОРА

 

4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА ПРОТИВОВЕСА

 

Статистическим расчетом определяют: уравновешивание платформы, ее устойчивость, реакции опорных  катков платформы и цапфы, давление на опоры и на грунт.

Уравновешивание платформы при проектировании машины сводится к стремлению смещения механизмов как можно ближе к задней стенке кузова. Необходимая величина противовеса g^max _пр определяется для двух крайних положений равнодействующих весов. Первое положение соответствует возможности выхода равнодействующей назад и отвечает, например, для рабочего оборудования лопаты, моменту начала копания при ковше, лежащем на земле (рис. 5)

 r_n r'_c

r₁ 

l₁  l₂

G₁+g_c+g_пр^max 

 g_c

                       g_пр ^max G_пл

 R_k3 max

 

Рисунок 5

Линейные размеры взяты из чертежа общего вида экскаватора замером:

r_п = 3м

r₁ =2 м

l₁ =l₂= 1м

r'_c =2,9 м

Составим уравнение баланса  относительно точки 1

g^max _пр = (r_п - l₁) + G_пл(r₁ - l₁) = g_с(r'_c +l₁)                       

 

Отсюда вес противовеса

                                         g^max _пр =                                    (18)

g^max _пр = = -9,5

 

Второе положение отвечает груженому ковшу на 2/3 вылета. Согласно принятому условию, предполагается, что во втором случае равнодействующая проходит через передние опорные  катки (рис 6).

Из чертежа общего вида экскаватора:

r_п = 3м    

          r₁ =1,6 м                             

l₁ =l₂= 1м                                                 

              r''_c =4,2  м

         r_р= 6,6 м        

              r_к+ r_р = 10 м

 

 

             r_k+r_р

     r_п                                                                     r_р

 

         r₁                               r''_c

          l₁ l₂ 

       N_{c                        Sпmax}

  р_нап 

   

                                           g_c                 g_р

   _max                  g_k

  g_пр G_пл                                                                                                           

                        

 

                                               

Рисунок 6

                               

Составляем уравнение  баланса относительно точки 2

 

                    g^max _пр =                    ₍₁₉₎

 

g^max _пр = =3т = 30 кН

 

 

 

 

 

3.2 УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКСКАВАТОРА

Расчет устойчивости лопаты производится из условия, что экскаватор должен иметь возможность реализовать  максимальное усилие ковша при всех случаях правильного его использования. В соответствии с этим расчет производится на четыре основных положения:

1. отрыв тяжелого препятствия встреченного в забое;
2. наиболее неблагоприятный случай нормальной работы;
3. движение на наибольший преодолеваемый подъем;
4. спуск по наибольшему уклону;

Отрыв препятствия экскаватором следует рассматривать при установке  машины на горизонтальной площадке при  стреле под углом наклона 45°, канаты подъема направлены вертикально, ковш пустой, платформа установлена поперек  ходовой части (рис.7)

Определим опрокидывающий и  удерживающий моменты относительно точки С.

                                          r₁                                                                 r₃

                                              r₂    

                         

                                     

                                                                                                          s_max

 g_k

                  g_пр                G_пл

 С

 

Рисунок 7 –Схема для определения  устойчивости экскаватора при отрыве препятствия

Из чертежа общего вида:

r₁ = 5м

r₂ =3,1м

r₃=5,1м

                                        М_уд =g_пр ×r₁ +G_пл ×r₂                                                                       (20)      

 

М_уд =305+2483,1 =919 кНм

 

                                              М_оп =S_п×r₃                                                       (21)

                        

М_оп =61,1×5,1=312 кНм

 

Рекомендуемый запас устойчивости [с.61, 5 ]

 

1,1К = _1,05

 

К= =2,9

 

При проверке устойчивости при нормальной работе принимается  положение экскаватора по рис. 8, когда рукоять выдвинута на полный вылет, а ковш наполнен грунтом. Такое  положение отвечает концу копания.

Определим опрокидывающий и  удерживающий момент относительно точки  С.                                    

 

                                                                                                         r₁

                                                    r₂

                           r₇ r₃

                                       r₆