86492

Розрахунок гідравлічного екскаватора

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Екскаватори з гідравлічним приводом називаються екскаваторами із жорсткою підвіскою робочого органа. Підвіска називається жорсткою тому, що нею можна фіксувати всі елементи робочого обладнання в просторі. В гідравлічних екскаваторах привід робочого, ходового і поворотного обладнання та інших агрегатів виконується за допомогою гідроциліндрів і гідромоторів.

Украинкский

2015-04-07

531.9 KB

7 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Кафедра будівельних машин ім. Ю. О. Вєтрова

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни “Машини для земляних та меліоративних робіт”

 

Виконав:     студент 4 курсу

факультету АІТ

групи  БМО - 42

Усатий Віктор Миколайович

Керівник: Фомін А.В.

Київ 2007

Зміст

Вступ……………………………………………………………………………………………………………………2

   1. Вибір типу екскаватора – аналога……………………………………………………………3

   2. Опис екскаватора – аналога…………………………………………………………………….7

   3. Розрахунок сил різання і копання ґрунту ковшем…………………………………9

       3.1 Визначення глибини різання ґрунту зубами ковша…………………………9

       3.2 Розрахунок сил різання і копання ґрунту……………………………………….11

   4. Розрахунок зубів ковша на міцність………………………………………………………12

   5. Розрахунок оптимального часу роботи зубів екскаватора………………….13

Список використаної літератури……………………………………………………………………16

Вступ

Екскаватори з гідравлічним приводом називаються екскаваторами із жорсткою підвіскою робочого органа. Підвіска називається жорсткою тому, що нею можна фіксувати всі елементи робочого обладнання в просторі. В гідравлічних екскаваторах привід робочого, ходового і поворотного обладнання та інших агрегатів виконується за допомогою гідроциліндрів і гідромоторів.

Конструктивно-кінематична схема робочого обладнання гідравлічних екскаваторів забезпечує жорстку передачу зусиль при будь-якому русі ковша, що створює особливі умови для його роботи - точність та можливість зміни швидкості та напрямку руху, недосяжних при канатних системах керування. Завдяки цьому забезпечується безпосередня дія приводу на виконавчі органи екскаватора без застосування складних механічних трансмісій з муфтами, гальмами, редукторами, коробками передач, які вимагають складного керування. Всі ці елементи замінюються трубопроводами, які подають від насосів робочу рідину у виконавчі робочі циліндри, штоки яких діють через прості важільні системи на робочі органи. Складне силове керування механічними передачами при цьому замінюється легким керуванням золотниками. Однак в тих механізмах, в яких необхідно виконувати приведення до руху ведучих коліс і зірочок ходового обладнання, поворотних платформ тощо, частково зберігаються зубчасті передачі, але кількість їх незначна і в останніх моделях екскаваторів зменшується за рахунок застосування мотор-коліс, високомоментних двигунів і т.п. Ще однією із переваг гідравлічних екскаваторів є можливість значного збільшення зусиль на зубах ковша, які в середньому в 3...4 рази перевищують цей показник для механічних екскаваторів такої ж маси і потужності.

Гідравлічні екскаватори, порівняно з механічними, мають значно більшу кількість змінних робочих органів - до двох десятків. Основними робочими органами є пряма і зворотна лопати і грейфер.

1. Вибір типу екскаватора – аналога

Вихідні данні:

   Змінна продуктивність ПЗМ = 300 м3;

   коефіцієнт використання екскаватора kв = 0,75;

   тип робочого обладнання – зворотна лопата;

   тип ходового обладнання – пневмоколісне.

 

   Екскаватор – аналог вибирається за орієнтовною місткістю ковша qор, м3:

де  – продуктивність екскаватора за зміну, м3;

     – орієнтовна тривалість робочого циклу екскаватора ();

    – коефіцієнт розпушення ґрунту ();

    – коефіцієнт наповнення ковша ();

   Т – тривалість робочої зміни (Т = 8 год.);

     – коефіцієнт використання екскаватора протягом зміни (.

   За технічною характеристикою екскаватора з урахуванням величини qор і типу робочого і ходового обладнання вибираємо екскаватор-аналог ЭО-2621, з наступними характеристиками :

   Місткість ковша q = 0,25 м3;

   потужність двигуна NДВ = 44 кВт·ч;

   тип робочого обладнання – зворотна лопата;

   тип ходового обладнання – пневмоколісне;

   радіус вивантаження Rв = 3,0 м;

   ширина ковша ВА = 0,65 м;

   кількість зубів nз = 4;

   ширина зуба bА = 0,08 м;

   максимальна тривалість робочого циклу за кута повороту 75° із

   розвантаженням у відвал – 15 с;

   зусилля на зубах ковша Rз = 25,7 кН.

   Для визначення уточненого значення місткості ковша q необхідно розрахувати дійсне значення тривалості робочого циклу екскаватора, tц:

де tк – час копання, с;

     – час повороту платформи екскаватора з завантаженим ковшем, с;

    tр – час розвантаження ковша, с;

     – час повороту платформи екскаватора з порожнім ковшем, с.

   В розрахунок приймаємо  .

   Час копання визначається за емпіричною залежністю, с:

   Час розвантаження ковша  приймаємо рівним 2…3 секунди ().

   Для визначення уточненого часу повороту платформи екскаватора необхідно знати кут повороту платформи на вивантаження. Цей кут знаходиться графічним способом, для чого будується схема забою екскаватора.

Послідовність побудови забою

   У визначеному масштабі будується вертикальний переріз траншеї (рис. 1.1). Глибина траншеї Нт = 2,0 м і її ширина по дну Вт = 1,1 м. Кут відкосу стінок траншеї ψ дорівнює 80...85°. Через центр тяжіння перерізу траншеї, який лежить на перетині діагоналей перерізу, проводиться вісь траншеї. Екскаватор розміщується таким чином, щоб його подовжня вісь співпадала з віссю траншеї.

   Для запобігання обвалення ґрунту в траншею, підошва відвалу розташовується на відстані приблизно 0,5 м від верхньої точки траншеї. Кут природного укосу ґрунту приймається рівним 45°. Геометричні розміри кожного з відвалів (ширина ВВД і висота НВД) у цьому випадку визначаються наступним чином.

   Спочатку розраховуємо площу перерізу траншеї Fт:

   Ширина траншеї на поверхні масиву Ат знаходиться графічним методом (Ат = 1,81 м).

   Сумарна площа перерізу обох відвалів FВД знаходиться із врахуванням розпушення ґрунту:

   Зважаючи на те, що кут природного укосу ґрунту дорівнює 45°, ширина відвалу буде дорівнювати ВВД = 2НВД. Тоді сумарна площа перерізу обох відвалів буде дорівнювати

   Звідси можна знайти висоту відвалу, м:

ВВД = 2НВД = 2 · 1,32 = 2,64 м

   Далі будуємо перерізи відвалів і проводимо вісь кожного із них. Потім із точки О (центру обертання поворотної частини екскаватора) проводимо дугу окружності радіусом вивантаження Rв = 3,0 м, до перетину з віссю траншеї і віссю одного з відвалів. Кут повороту на вивантаження αП знаходимо як кут між віссю траншеї і прямою, що з'єднує точку О з точкою С перетину дуги окружності з віссю відвалу. Величину αП знаходимо за допомогою транспортира (αП = 65°10´).

   Для неповноповоротного екскаватора ЭО-2621 час повороту платформи tП визначається за формулою

де  – максимальна швидкість повороту, с-1 ( с-1).

   Крім того, для цієї моделі екскаватора кут повороту αП не може перевищувати 75° в кожен бік від осі машини.

   У формулу величину кута повороту αП необхідно підставляти у радіанах. Для переходу від градусної величини кута в радіанну необхідно застосовувати формулу

   Уточнюємо тривалість робочого циклу, с:

   Це значення тривалості робочого циклу екскаватора підставляємо у формулу для визначенім місткості ковша без зміни всіх інших величин:

   Отримане значення місткості ковша q є остаточним і надалі буде використовуватися у розрахунках.

   Визначаємо габаритну ширину ковша ВК (рис. 1.2) за формулою:

   Кількість зубів на ковші приймається такою, як і на ковші екскаватора-аналога (nз = 4). Ширина зуба b розраховується з урахуванням ширини зуба ковша екскаватора-аналога:

де ВА – ширина ковша екскаватора-аналога, (ВА = 0,65 м);

    bА – ширина зуба ковша екскаватора-аналога, (bА = 0,08 м).

   Зуби розміщуються на козирку ковша симетрично, відстань між зубами d розраховується.

Рис. 1.2 Схема розміщення зубів на ковші

2. Опис екскаватора – аналога

Одноківшевий неповноповоротний гідравлічний

екскаватор ЭО – 2621

   Екскаватор ЭО – 2621 призначено для механізації земляних робіт в ґрунтах І-IV категорій і виконання навантажувальних робіт.

   Екскаватор (рис. 2.1) складається із базового трактора ЮМЗ–6К, обв'язувальної рами з поворотною колонкою, екскаваторного і бульдозерного обладнання.

Рис. 2.1 Загальний вигляд екскаватора ЭО – 2621

   До кістяка трактора кріпиться обв'язувальна рама, яку призначено для розвантаження кістяка і навішування екскаваторного і бульдозерного обладнання.

   В задній частині рама кріпиться за допомогою хомутів до задніх напівосей трактора, в передній частині вона фіксується на втулках лонжеронів болтами.

   На рамі встановлено поворотну колонку (рис.2.2) з важільним механізмом повороту, який приводиться до роботи двома гідроциліндрами. Колонка становить металеву конструкцію, яка обертається на осях відносно рами екскаватора. Колонка повертається двома гідроциліндрами, які закріплено у каретці за допомогою цапф. В транспортному положенні колонка фіксується пальцем в отворі С. При роботі екскаватора палець встановлюється в отвір В.

   На поворотну колонку навішено екскаваторне обладнання, яке складається зі стріли, рукоятки і ковша.

   Бульдозерне обладнання розташоване в передній частині трактора. Крім засипання траншей, планувальних та інших подібних робіт відвал виконує функцію противаги і забезпечує стійкість екскаватора при пересуванні і в роботі. Для підвищення стійкості екскаватора в робочому режимі до рами кріпляться відкидні опори.

   Робочі рухи екскаватора здійснюються за допомогою гідроприводу. На екскаваторі застосовані дві самостійні гідросистеми (тракторна і екскаваторна) із загальним гідробаком.

Рис. 2.2 Механізм повороту екскаватора: 1 - гідроциліндри; 2 - рама;

3 - цапфа; 4 - вісь; 5 - палець; 6 - поворотна колонка

   Гідросистема трактора (рис. 2.3) забезпечує подачу робочої рідини від насоса через тризолотниковий гідророзподільник до гідроциліндрів відкидних опорних башмаків і до гідроциліндра бульдозерного відвалу, оснащених гідрозамками, які виключають довільне переміщення опорних башмаків і відвалу під час роботи екскаваторного обладнання і в транспортному положенні. Від насоса через тризолотниковий гідророзподільник здійснюється подача робочої рідини до гідроциліндрів повороту робочого обладнання. Екскаваторна гідросистема здійснює подачу робочої рідини до гідроциліндрів стріли, рукоятки і ковша від насоса через тризолотниковий гідророзподільник. Поршневі порожнини гідроциліндрів стріли і ковша оснащено розвантажувальними клапанами, а штокову порожнину гідроциліндра стріли додатково оснащено дроселем, який забезпечує плавне опускання стріли.

   Наявність двох гідросистем забезпечує незалежне суміщення операцій повороту з будь-яким рухом елементів робочого обладнання.

Рис. 2.3 Гідравлічна схема екскаватора ЭО – 2621

   Керування екскаватором і трактором здійснюється з двох пультів, розташованих в кабіні. На передньому пульті знаходяться важелі керування трактором, бульдозером і опорними башмаками, на задньому - важелі керування робочим обладнанням екскаватора Залежно від роботи, що виконується, поворотне сидіння встановлюється у потрібному положенні.

   Як змінні робочі органи на екскаваторі застосовуються ковші прямої і зворотної лопат, ківш вузький і спеціальний для вузьких траншей під кабель, профільний ківш для меліоративних робіт, розпушник, крюкова підвіска, грейфер тощо.

3. Розрахунок сил різання і копання ґрунту ковшем

3.1 Визначення глибини різання ґрунту зубами ковша

   Розрахунок починається із визначення орієнтовної площі перерізу зрізу в ґрунті , який утворюється при русі ковша (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Схема до визначення площі перерізу зрізу в ґрунті

ковшем екскаватора

   В першому наближенні приймається, що ківш утворює зріз прямокутного перерізу (не враховується наявність на ковші зубців):

де Lk – довжина шляху копання (шлях, який проходить ківш від дна траншеї до поверхні масиву) приблизно дорівнює глибині траншеї Нт (рис. 3.1). Тоді

   Орієнтовна величина глибини різання ґрунту зубами ковша (рис. 3.1):

   Далі необхідно визначити площу перерізу зрізу в ґрунті із врахуванням наявності на ковші зубів (рис. 3.2).

   Вихідними даними є орієнтовна глибина різання hОР, кут бокових розширень прорізу γ = 30° і коефіцієнт бокових розширень прорізу kБОК = 0,80. Також відома конструкція різальної частини ковша: ширина ВК, кількість n3 і ширина b зубів, відстань між зубами d (рис. 1.2). Креслення виконуються у масштабі.

   Далі визначається дійсна площа перерізу зрізу FЗР. Площа перерізу перед передніми гранями зубів Fв в даному випадку дорівнює

   Для розрахунку площі бокових розширень перерізу зрізу Fбок вся ця площа поділяється на правильні геометричні фігури. Таким чином

   Дійсна площа перерізу зрізу

   Порівнюємо дійсну площу перерізу зрізу FЗР з орієнтовною площею перерізу зрізу , різниця між ними лежить в межах 15%, тому для розрахунку сил різання і копання ґрунту приймаємо величину глибини різання .

3.2 Розрахунок сил різання і копання ґрунту

   1. Сила різання, що прикладається до передніх граней зубів:

де mв – значення питомої сили різання (mв = 0,03 МПа);

   коефіцієнт ηбок = 0,41;

   коефіцієнт ηбок.зр = 0,065 м;

   значення коефіцієнта φ залежить від кута різання δ; кут різання δ = 35° (φ = 0,74);

   Lбок.зр – сумарна величина ліній бокового зрізу:

   2. Сила різання, що прикладається до площадок зносу на зубах:

де коефіцієнт ηпл залежить від глибини різання h; ηпл = 14,2 ;

    ширина площадки зносу а = 0,03 м.

   3. Сумарна сила різання, що прикладається до зубів:

   4. Нормальна сила різання, що прикладається до передніх граней зубів

де μ – кут тертя ґрунту по сталі (μ = 14°);

   5. Нормальна сила різання, що діє на площадки зносу на зубцях:

   6. Сумарна нормальна сила різання, що діє на зубці

   7. Середня сила різання

   8. Середня нормальна сила різання

   9. Середня питома сила різання:

   10. Коефіцієнт питомої сили різання kріз:

   11. Середньо-максимальна сила копання ґрунту ковшем:

   12. Середня сила копання ґрунту ковшем:

   13. Середньо-максимальна нормальна сила копання ґрунту ковшем:

   14.Середня нормальна сила копання ґрунту ковшем:

   Далі порівнюємо величину середньо-максимальної сили копання  з зусиллями на зубцях ковша Rз, що створюється екскаватором.

    Rз = 25,7 кН – з цього видно, що екскаватор може виконувати копання ґрунту на заданій глибині, тобто задана продуктивність забезпечується.

4. Розрахунок зубів ковша на міцність

   Розрахунок на міцність виконується для стану зубів, коли ще нема їх укорочення внаслідок зношування і відсутня площадка зносу. Це найбільш несприятливий випадок, тому що зуби мають найбільший виліт відносно місця закріплення на ковші, а нормальна сила від площадки зносу не компенсує відповідну силу на передній грані зуба. Схему до розрахунку наведено на рис. 4.1.

   Довжина робочої частини зуба lр, кут його загострення αз і розміри bн і сн в небезпечному перерізі АБ приймаються рівними відповідним параметрам зуба ковша екскаватора-аналога.

   Небезпечним перерізом, в якому може відбутися руйнування зуба, є переріз АБ (переріз, де зуб кріпиться на козирку ковша).

Рис. 4.1 Схема до розрахунку зуба на міцність

   Зуб навантажений двома силами – дотичного РН і нормального NН, які визначаються:

   Плече l1 сили РН відносно центра небезпечного перерізу О:

   Плече l2 сили :

   Загальний момент в небезпечному перерізі АБ:

   Момент опору перерізу:

   Напруження в небезпечному перерізі, кПа:

   Допустиме значення напруження для матеріалу зуба [σ] =60000 кПа. Оскільки σ < [σ] - міцність зуба забезпечено.

5. Розрахунок оптимального часу роботи зубів екскаватора

   В даному пункті визначаємо вплив зносу зубів на продуктивність екскаватора і собівартість розробки ґрунту, розраховуємо оптимальний час роботи зубів до заміни.

  1.  Визначаємо об’єм розробленого ґрунту, тис.м3:

;

;

де ΔQ – діапазон розрахункових об’ємів розробленого ґрунту, 5000-тис.м3;

  1.  Коефіцієнт збільшення тривалості робочого циклу екскаватора:

де ки – дослідний коефіцієнт пропорційності, який характеризує зносостійкість зубів при розробці конкретного ґрунту, ки = 2 мм/1000 м3;

  1.  Тривалість робочого циклу екскаватора, с

        а) при незношених зубцях tц0 = 19 с;

        б) при зношених зубцях

  1.  Продуктивність екскаватора

        а) при незношених зубцях

        б) при зношених зубцях

  1.  Собівартість розробки ґрунту:

        а) при незношених зубцях

        б) при зношених зубцях

де Смсм – вартість машино-зміни екскаватора,  Смсм = 75 грн.

  1.  Середня собівартість розробки кожного розрахункового об’єму ґрунту:

  1.  Додаткові затрати, які відповідають кожному розрахунковому об’єму ґрунту:

;

;

  1.  Сумарні додаткові затрати:

  1.  Об’єм розробленого ґрунту (м3) і укорочення зубів (мм), які відповідають оптимальному часу їх роботи:

Список використаної літератури

  1.  „Машини для земляних робіт” - В. Л. Баладінський; О. М. Гаркавенко; А. В. Фомін;
  2.  „Машини для земляних робіт” - Ю. А. Вєгров;
  3.  „Машини для земляних робіт” - Ю. А. Вєтров; В. В. Власов;
  4.  „Строительные машины” - Под. ред. Баумана В. А.- Москва 1976г.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3410. Краны башенные. Строение и назначение 113.09 KB
  Назначение башенных кранов. Башенные краны широко применяются в гражданском, промышленном, энергетическом и гидротехническом строительстве для монтажных работ и работ по вертикальному и горизонтальному перемещению различных грузов. Если на строитель...
3411. Быстрорежущие стали 65.05 KB
  Классификация быстрорежущих сталей Быстрорежущие стали широко применяют для изготовления режущего инструмента, работающего в условиях значительного силового нагружения и нагрева (до 600–640 °С) режущих кромок. К этой группе сталей относятся...
3412. Исследование электромеханических свойств двигателя постоянного тока независимого возбуждения 306 KB
  Исследование электромеханических свойств двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Исследовать влияние сопротивления цепи якоря, напряжения питания и магнитного потока на электромеханические и механические свойства двигателя постоянного тока независимого возбуждения, а также изучить способы изменения направления вращения якоря двигателя, построить естественные и искусственные характеристики двигателя.
3413. Тепловой расчет двигателя на режиме максимальной мощности 938.05 KB
  Целью курсового проекта по дисциплине «Автомобильные двигатели» является закрепление знаний, полученных студентами при изучении всех разделов дисциплины. В первой части проекта требуется произвести тепловой расчет двигателя на режиме максим...
3414. Электростатическое поле 336.5 KB
  Электростатическое поле. Электрические заряды, их свойства и классификация. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Поток вектора. Теорема Гаусса для потока вектора  и ее...
3415. Электричество и магнетизм. Колебания и волны 392 KB
  Учебное пособие включает программу по второй части курса физики «Электричество и магнетизм. Колебания и волны», перечень теоретических вопросов и типовых задач по каждой теме для подготовки к семинарским занятиям, собеседованиям, экзаменам и контрол...
3416. Динамические системы 203.5 KB
  Динамические системы Динамической системой наз. система вида. Начальные условия. Для существования и единственности решения задачи, достаточно потребовать непрерывность правых частей, а также существование и н...
3417. Элементы квантовой механики 211.5 KB
  Элементы квантовой механики 1. Гипотеза де Бройля. 2. Соотношение неопределенности Гайзенберга. 3.Волновая функция и ее интерпретации. 4. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния. В 1924 году французский физик Луи де Бройль выдвинул гипотезу о т...
3418. Движение свободной частицы 405.94 KB
  Движение свободной частицы. Для свободной частицы U(x) = 0 (пусть она движется вдоль оси x ). Решением уравнения Шредингера: будет функция, где A = const, волновое число — может принимать любые положительные значения...