МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАЗАХСКАЯ ГОЛОВНАЯ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Факультет общего строительства

МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

«Расчет одноковшового гидравлического экскаватора»

Методические указания к выполнению

курсового и дипломного проектирования

для студентов инженерно-строительных

специальностей всех форм обучения

Алматы 2006

УДК 621. 878 (075.8)

Составители: Бурцев В.В., Мауленов Ж.К.,

Карпыков С.С., Нурпеисова С.А.

Методические указания к выполнению курсового и дипломного проектирования «Расчет одноковшового гидравлического экскаватора» по дисциплине «Машины для земляных работ» для студентов инженерно-строительных специальностей всех форм обучения. – Алматы: КазГАСА, 2006. – 41 с.

Методические указания к курсовому и дипломному проектированию разработаны в соответствии с программой курса «Машины для земляных работ» для студентов инженерно-строительных специальностей и содержат сведения по объему и содержанию проекта, материалы по общему расчету экскаватора, определению нагрузок на оборудование экскаватора и основных технико-экономических показателей его работы.

Библиограф. 5 назв.

Утверждено Методическим советом КазГАСА, протокол №___ от «___» ______200__ г.

Печатается по плану издания Казахской головной архитектурно-строительной академии на 2005-2006 уч. год.

Рецензент: Кашкинбаев И.З., канд. техн. наук, ассоц. проф. КазГАСА

Ó Казахская головная архитектурно-строительная академия, 2006

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Целью курсового проекта является закрепление и практичес­кая апробация знаний, полученных при изучении курса «Машины для земляных работ». Студентам предлагается проектирование наиболее распространенной землеройной машины - одноковшового строительного экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата.

Задания на курсовой проект выбираются из таблицы 1. Цифры указывают порядковый номер студента в списке группы.

Курсовой проект включает пояснительную записку и графическую часть. Пояснительная записка выполняется в объеме 30-35 листов рукописного или 20 – 25 листов компьютерного текста на стандартной бумаге формата А 4. Графичес­кая часть проекта включает 3-4 листа чертежей и расчетных схем, выполненных на листах ватмана формата А 1.

Пояснительная записка должна содержать введение, обоснова­ние принятого технического решения с указанием выбранного прототипа, описание конструкции, общий расчет экскаватора, расчет прочности и надежности одного из узлов рабочего оборудования, расчет технико-экономических показателей работы машины в за­данных условиях эксплуатации, список использованной литературы и оглавление. Текстовой материал пояснительной записки обяза­тельно иллюстрируется необходимыми таблицами, рисунками и схемами, выполненными в соответствии с ЕСКД.

Графическая часть проекта должна содержать: лист I - расчетные схемы по определению сопротивления грунта копанию, для расчета внешних нагрузок, действующих на элементы рабочего обо­рудования при различных режимах работы экскаватора, определения координат центра давления, а также для определения устойчивости агрегата; лист 2 - конструктивная проработка од­ного из основных узлов рабочего оборудования экскаватора или сборочный чертеж рабочего органа; лист 3 - сборочный чертеж од­ного из гидроцилиндров; лист 4 - деталировка разрабатываемого узла по согласованию с руководителем проекта.

Пояснительная записка и графическая часть проекта должны быть выполнены в строгом соответствии с ЕСКД и соответ­ствующими стандартами.

Таблица I. Варианты заданий

№№ зада­ний	Исходные данные								Разработать в проекте
	q м3	П э, м3/см	Н к м	Категория грунта	К у МПа	Ходовое оборуд.*	Рабочее обор **	Экскаватор- аналог
01	0,6	—	4,5	1...1У	0,22	Г	1;3	ЭО-3122	0В; I; 3; 5
02	—	830	4,5	1...Ш	0,18	П	1;3	ЭО-3322	0В; I; 3; 5
03	0,7	-	5,9	1...1У	0,25	Г	I; 3	ЭО-4121	0В: I; 3; 5
04	0,5	—	5,0	1...1У	0,30	Г	2; 4	ЭО-3121	0В; 2; 4; 5
05	—	1250	5,8	1...Ш	0,20	Г	2; 4	ЭО-4121	0В; 2; 4; 5
06	1,0	—	7,7	1...ДУ	0,24	Г	I; 4	ЭО-5123	0В; I; 4; 5
07	0,7	—	4,9	1...П	0,07	Г	2; 3	ЭО-3124	0В; 2; 3; 5
08	—	1060	4,5	1...1У	0,25	П	2; 3	ЭО-4321	0В; 2; 3; 5
09	1,5	—	5,5	1...Ш	0,16	Г	I; 3	ЭО-5124	0В; I; 3; 5
10	0,75	—	5,0	1...П	0,08	Г	2; 3	ЭО-3122	0В; 2; 3; 5
11	—	570	4,8	1...1У	0,22	П	2; 3	ЭО-3323	0В; 2; 3; 5
12	1,2	—	5,7	1...П	0,15	Г	I; 3	ЭО-4121	0В; I; 3; 5
13	0,5	—	5,3	1...1У	0,25	П	2; 4	ЭО-3322	0В; 2; 4; 5
14	—	850	6,1	1...Ш	0,20	Г	I; 3	ЭО-4121	0В; I; 3; 5
15	1,8	—	5,0	1...Ш	0,18	Г	I; 3	ЭО-5124	0В; I; 3; 5
16	1,2	—	5,0	1...ІІ	0,10	ГУ	2; 3	МТП-71	0В; I; 3; 5
17	—	1150	4,7	1...ІІ	0,12	П	I; 3	ЭО-4321	0В; 2; 3; 5
18	1,3	—	6,4	1...Ш	0,18	Г	I; 3	ЭО-5122	0В; I; 3; 5
19	0,45	—	4,5	1 ...1У	0,22	Г	I; 3	ЭО-3122	0В; I; 3; 5
20	—	980	4,6	1...П	0,07	П	I; 3	ЭО-3322	0В; Г; 3; 5
21	0,90	—	7,0	1...Ш	0,19	Г	I; 4	ЭО-4124	0В; I; 4; 5
22	0,75	—	4,8	1...П	0,08	ГУ	2; 3	ЭО-3221	0В; 2; 3; 5
23	—	1300	5,5	1...П	0,10	ГУ	2; 3	МТП-71	0В; 2; 3; 5
24	1,90	—	6,8	1...П	0,16	Г	I; 3	ЭО-5123	0В; I; 3; 5
25	0,50	—	4,5	1...Ш	0,12	П	I; 3	ЭО-3322	0В; I; 3; 5
26	—	—	4,2	1... 1У	0,25	П	I; 3	ЭО-3322	0В; I; 3; 5
27	—	1500	6,6	1...Ш	0,20	Г	I; 3	ЭО-3322	0В; I; 3; 5

* Ходовое оборудование: Г – гусеничное; ГУ – гусеничное уширенное;

П- пневмоколесное. ** - Рабочее оборудование: стрела: 1 - моноблочная;

2 - составная; рукоять: 3 – нормальная; 4 – удлиненная. *** ОВ – общий вид машины в двух проекциях; 5 – ковш.

1. Одноковшовые гидравлические экскаваторы

1.1 Общие сведения

Одноковшовый экскаватор – это самоходная землеройная машина с рабочим органом в виде ковша, предназначенная для разработки грунтов и перемещения их на определенное расстояние с выгрузкой в транспортные средства или отвал.

Одноковшовый экскаватор является основной землеройной машиной, которая широко применяется в гражданском, промышленном, гидротехническом и транспортном строительстве. Этими машинами выполняется до половины объемов земляных работ. С их помощью отрывают котлованы, траншеи, каналы, а также разрабатывают выемки, насыпи и отделывают откосы и стенки.

Одноковшовые экскаваторы могут разрабатывать грунты І - ІV категорий без предварительного рыхления забоя. Тяжелые мерзлые и скальные грунты разрабатывают с предварительным их рыхлением взрывом или с помощью рыхлителей.

Одноковшовыми экскаваторами можно разрабатывать грунт как выше, так и ниже уровня площадки их установки. Они могут работать в стесненных условиях и разрабатывать грунт под водой.

В строительстве наибольшее применение получили одноковшовые экскаваторы с гидравлическим приводом, оборудованные обратной лопатой, которые имеют значительные конструктивные, технологические и эксплуатационные преимущества по сравнению с экскаваторами с гибкой канатной подвеской рабочего оборудования. Установка на экскаваторах с гидравлическим приводом оборудования обратной лопаты позволяет получить на зубьях ковша усилия, в 3-4 раза превышающие усилия, развиваемые подобным оборудованием канатных машин такой же мощности и массы. Это существенно расширяет область их применения.

Главным направлением технического прогресса гидравлических экскаваторов является повышение рабочего давления насосов и двигателей (до 40 ... 50 МПа), что уменьшает габариты и массу гидравлического оборудования.

Для эффективного выполнения разнообразных земляных и других работ в строительстве экскаватор может быть оснащен несколькими видами (до 40 видов) сменного рабочего оборудования. Поэтому строительные экскаваторы называют универсальными.

1. 2 Особенности конструкций и рабочие процессы

гидравлических экскаваторов

Рабочее оборудование гидравлических экскаваторов, как правило, приво- дят в действие гидроцилиндры; механизмы поворота – гидроцилиндры или гидромоторы; механизмы передвижения – гидромоторы. Рабочие давления в гидравлических экскаваторах ко­леблются в пределах 10—35 МПа (100—350 кгс/см²).

На гидравлических экскаваторах устанавливают 2—3 рабочих гидронасоса с двумя или тремя независимыми потоками рабочей жидкости, что позволяет совмещать отдельные операции, сокращая общую продолжительность цикла. Как правило, совмещают поворот ковша и поворот рукояти, поворот платформы и подъем стрелы.

На рис.1 приведены схемы гидравлического одноковшового строительного экскаватора с отдельными видами сменного рабочего оборудования. Основные элементы широкой номенклатуры сменного рабочего оборудо­вания гидравлических экскаваторов, как правило, унифицированы.

Рис. 1. Схемы гидравлических экскаваторов:

а — без рабочего оборудования; б — с оборудованием прямой лопаты; в — с погрузочным оборудованием; г — с оборудованием обратной лопаты с сочлененной стрелой; д — с оборудованием обратной лопаты и моноблочной стрелой; е — с грейферным оборудованием; ж — с оборудованием рыхлительного зуба; 1 — поворотная платформа; 2 — противовес; 3  кабина; 4 — стрела; 5 — гидроцилиндр подъема и опускания стрелы; 6  опорно-поворотный круг; 7 — ходовое устройство; 8 — гидроцилиндр управления рукоятью; 9 — то же, ковшом; 10 — рукоять; 11 — ковш

Один из ва­риантов схемы такой унификации показан на рис. 2. Основными эле­ментами рабочего оборудования являются коренная часть стрелы 1, концевая часть ее 3, рукоять 5, гидроцилиндры 2, 4 и 6 подъема стрелы, рукояти и ковша. Эти элементы сочетаются с рабочими органами: ковшом обратной лопаты 12, ковшом прямой лопаты 8, погрузочным ковшом 9, грейфером двухчелюстным 10, грейфером многочелюстным 7, рыхлителем 11 и др.

Оборудование для планировочных работ в силу специфики обычно не унифицируют с элементами основного оборудования и выпускают как специализированное.

Рис. 2. Схема гидравлического экскаватора и унификации

его рабочего оборудования.

Для выполнения земляных работ малых объемов экскаваторное рабочее оборудование иногда устанавливают на пневмоколесных тракторах (рис.3). В этом случае его крепят на раме трактора с помощью дополнительной колонки 7 и могут поворачивать относительно нее на угол около 150°.

Копание может производиться поворо­том ковша из пунктирного положения в положение 1 или поворотом рукояти с пе­ремещением ковша в поло­жения 1, ...,V. Чаще всего при копании обратной лопатой первоначально зарезаются в грунт поворотом ковша, а затем заполняют ковш, срезая стружку поворотом рукояти. После выхода ков­ша из забоя стрела с рабочим оборудованием и заполненным ков­шом поднимается, а поворотная платформа (или колонка) вместе с рабочим оборудованием поворачивается к месту выгрузки. Выгруз­ка происходит при повороте ковша, после чего платформа возвра­щается в первоначальное положение, и ковш опускается в забой. Благодаря многопоточной системе привода машинист может включать одновременно два или три движения, совмещая их по вре­мени, что существенно сокращает общую продолжительность рабочего цикла и повышает производительность экскаватора.

Рис. 3. Неполноповоротный гидравличе­ский экскаватор,

оборудованный обрат­ной лопатой.

Устройство полноповоротного гидравлического экскаватора с рабочим оборудованием грейфера показано на рис.4. Грунт за­черпывается при смыкании челюстей 6 под действием гидроци­линдра 5. При этом режущая кромка грейфера перемещается по траектории 1, ...,У, соответствующей неподвижному расположению точки А. Рукоять 4 соединена гидроцилиндром 3 со стрелой 2, а стрела 2 гидроцилиндром 1 с поворотной платформой экскавато­ра, благодаря чему напор на грунт создается силой тяжести всего экскаватора. Вследствие этого могут преодолеваться высокие зна­чения касательных и нормальных составляющих сопротивления ко­панию. После подъема стрелы и поворота платформы гидромото­ром 7 грунт выгружается раскрытием челюстей грейфера.

Рис. 4. Гидравлический экскаватор, оборудованный грейфером.

Устройство телескопического планировочного оборудования по­казано на рис. 5. Рабочее оборудование совершает следующие движения: поворот ковша 8 гидроцилиндром 6; втягивание и выдви­жение внутренней части стрелы 5 по отношению к наружной части стрелы 4; поворот стрелы относительно собственной оси в обойме 3 при помощи гидроцилиндров 7; качание стрелы в вертикальной плоскости относительно цапф 9 при помощи гидроцилиндров 2.

.

Рис. 5. Устройство телескопического планировочного оборудования.

При планировке откоса, как показано на рис. 5, ковш заглу­бляется в грунт поворотом относительно оси, соединяющей его со стрелой. Равномерная стружка по всей длине откоса снимается пря­молинейным телескопическим движением стрелы. После заполнения ковша стрела поднимается, и платформа 1 по­ворачивается к месту выгрузки. При обратном повороте платфор­мы стрела выдвигается и опускается в забой. Последующий слой грунта снимается после передвижки экскаватора на новую пози­цию. Планировка откоса может производиться при расположении стрелы перпендикулярно бровке откоса или под некоторым углом в плане. В последнем случае стрелу поворачивают относительно своей оси так, чтобы режущая кромка ковша занимала наклонное положение, параллельное планируемой плоскости.

Схема устройства шарнирно-сочлененного планировочного обо­рудования показана на рис. 6. Это оборудование совершает сле­дующие рабочие движения: поворот ковша 1 гидроцилиндром 2; плоскопоступательное перемещение ковша двухпараллелограммной рукоятью при помощи гидроцилиндра 7; поворот ковша 1 относительно шарнира 9 рукояти в плоскости, перпендикулярной направлению копания при помощи гидроцилиндров 5; поворот ру­кояти гидроцилиндрами 5; подъем и опускание стрелы 6 при помо­щи гидроцилиндров 4.

Подъем и опускание стрелы позволяет планировать горизон­тальные площадки выше или ниже уровня стоянки (рис.6). По­следовательность выполнения работ шарнирно-сочлененным пла­нировочным оборудованием такая же, как и телескопическим.

Рис. 6. Шарнирно-сочлененное планировочное

оборудование экскаватора.