Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие

погрузчик, и др.).

Четвертое направление включает создание многоцелевых универсальных рабочих органов различного назначения на базовом оборудовании (челюстной ковш, экскаватор с грузовым крюком и др.).

Пятое направление характеризуется созданием машин на основе комбинирования конструктивных решений, рассмотренных выше.

Реализация первого направления позволяет использовать базовый экскаватор для выполнения большого числа разнообразных технологических операций. Машины третьего и четвертого направлений всегда готовы к работе. Эксплуатация машин первой и второй групп связана с выполнением ряда вспомогательных операций: замена оборудования, подвоз новых рабочих органов, вывоз снятых, их транспортировка, хранение и т.д. Коэффициент использования машин снижается.

Рабочее оборудование и многоцелевые рабочие органы различного технологического назначения устанавливаются в качестве дополнительного и сменного оборудования на экскаваторы различного типа.

Экскаваторы различного назначения являются машинами циклического действия. Рабочие операции таких машин выполняются в определенной последовательности. Несколько операций складываются в рабочий цикл, который периодически повторяется. Каждая операция является частью технологического процесса, все вместе они дают конечный продукт или часть конечного продукта.

Операции копания и транспортировки. груза требуют значительных тяговых усилий (увеличения массы машины), а холостые перемещения машины наоборот. Аналогичное положение характерно и для рабочих органов совмещенного действия, которые связаны с четвертым направлением. Одни из операций в таких рабочих органах эффективно протекают при малых скоростях и значительных силовых воздействиях (например, отделение материала), другие наоборот (смешение материала).

Определение условий эксплуатации и параметров, при которых экскаватор дает максимальный эффект, является важным фактором интенсификации строительства.

Предварительная на этапе анализа машин классификация экскаваторов и многоцелевых машин и рабочих органов по признакам количества и виду выполняемых технологических операций позволяет более обоснованно составлять энергетический баланс системы.

10

1.2. Производительность экскаватора.

Различают теоретическую (конструктивную), техническую и эксплуатационную производительность экскаватора П, м3/ч.

Теоретическая производительность экскаватора определяется как произведение геометрической емкости ковша q на конструктивно возможное (расчетное) число рабочих циклов п в час:

По= q п. (1.1)

Техническая производительность – это наибольшая возможная производительность экскаватора при непрерывной работе в данных конкретных условиях

где пТ – наибольшее возможное число циклов в минуту при данных

Коэффициент влияния разрыхления грунта зависит от степени разрыхления грунта, он обратно пропорционален коэффициенту разрыхления грунта:

К р

Значения коэффициентов Кр и К’р в зависимости от категории грунта следующие (табл.1.2):

11

где пТ – наибольшее возможное число циклов в минуту (пТ = 60/tц), Продолжительность цикла зависит от множества факторов, в том

где tк – продолжительность копания, равная 6-10 с;

tп – продолжительность поворота на выгрузку, равная 7 – 11 с; tв – продолжительность выгрузки, равная 1 – 3 с;

tпз – продолжительность поворота в забой, равная 7 –10 с. Эксплуатационная производительность, в отличие от технической,

учитывает использование экскаватора по времени и квалификацию машиниста, т.е. степень организации экскаваторных работ и умение машиниста владеть машиной.

Км – коэффициент, учитывающий квалификацию машиниста.

При определении коэффициента КВ учитывают только те задержки, которые, неизбежны при работе экскаватора: передвижки в забое, время на техническое обслуживание и т. п. При работе в транспорт КВ = 0,7 0,75; при работе в отвал КВ = 0,8 0,93.

Коэффициент, учитывающий квалификацию машиниста для строительных универсальных экскаваторов, принимают равным 0,86.

Одновременное выполнение ряда дополняющих друг друга мероприятий позволяет добиваться наилучших показателей работы машины. Совмещение операций цикла, сокращение угла поворота платформы, сокращение продолжительности набора грунта, увеличение наполнения ковша, применение ковша увеличенной емкости; мероприятия организационного характера – улучшение организации подхода автомобильного транспорта к экскаватору, применение рациональных схем разработки; мероприятия по ремонту и техническому обслуживанию машин, сокращение времени простоев экскаватора.

12

Таблица 1.3 Область эффективного применения экскаваторов

в зависимости от сменного оборудования

1.3 Выбор основных параметров.

Многообразие условий производства земляных работ приводит к необходимости создания большого количества типов экскаваторов с различными параметрами. Параметрами экскаваторов называют технические и эксплуатационные характеристики, определяющие производственно-технологические возможности машины. В экскаваторостроении различают главные, основные и вспомогательные параметры.

Главными параметрами экскаваторов называют технические характеристики, которые в наибольшей степени определяют технологические возможности машин:

массу m, мощность N силовой установки (или суммарную мощность основных двигателей), производительность П, время рабочего цикла tu.

Основными параметрами называют технические характеристики, которые необходимы для выбора экскаватора при определенных условиях эксплуатации. Основные параметры включают в себя главные параметры

иряд других параметров:

вместимость ковша экскаватора q3, является важным основным параметром;

параметры, определяющие проходимость и маневренность, усилия, развиваемые на рабочем органе, основные рабочие и транспортные размеры машин, а также показатели надежности;

маневренность и проходимость экскаваторов, характеризуются давлением на грунт в рабочих и транспортных режимах, углом подъема машины, скоростями передвижения и радиусами разворотов;

13

рабочие размеры одноковшовых экскаваторов, характеризуются радиусами и высотой (или глубиной) копания, радиусом и высотой выгрузки, глубиной и шириной разрабатываемой траншеи.

Вспомогательными параметрами называют остальные ха-

рактеристики, определяющие условия технического обслуживания, ремонта и перебазирования.

Рисунок 1.5 Одноковшовый экскаватор с рабочим оборудованием прямой лопаты: а− конструктивная схема; б, в − схемы напорных механизмов;

г − кинематическая схема механизма открывания днища ковша; д − схема экскаватора с маятниковой подвеской рукояти к стреле;

1 − поворотная платформа; 2 − лебедка; 3 − двуногая стойка; 4, 6 − канат; 5 − блок; 7 − ковш; 8 − днище ковша; 9 − тяги; 10, 21 − рукоять;

11 − седловидный подшипник; 12,14 − лебедки; 13 − стрела; 15,22 − цепная передача; 16, 18, 29 − блоки; 17, 19, 20,30 − трос; 23 − зубчатые

колеса; 24 − коромысло ковша; 25, 26, 27, 28 − механизмы открывания и закрывания днища ковша; 31,32 – рычажные механизмы управления днищем ковша

14

По массе экскаваторы подразделяются на размерные группы (табл. 1.4): Таблица 1.4

Большинство параметров проектируемых экскаваторов можно определить на основании законов подобия и обобщения отечественного и зарубежного опыта, экскаваторостроения. Так применительно к линейным (А), массным (m), мощностным (N), силовым (S) показателям, продолжительности (t) рабочих движений и вместимости ковша (q) можно использовать следующие зависимости:

вместимостью ковша. Для экскаваторов с ковшом вместимостью q = 0,1– 1,75м3, масса, усилие на режущей кромке ковша Р подъема S связаны

Скорость рабочих движений. На блоке ковша прямой лопаты при стандартном оборудовании скорость принимается в зависимости от вместимости ковша: при q = 0,25...0,50 м3 п = 0,5 м/с; при q = 4...6 м3 п =

1 м/с; при удлиненном оборудовании указанные скорости увеличиваются на 15...20%. Скорость напорного движения н = (0,5... 1,0) п , скорость

возврата рукояти возв = (1,3 ... 1,5) н. Для рабочего оборудования обратная лопата скорость тяги т = 0,35...0,45 м/с; скорость подъема п =

0,25 ... 0,30 м/с. Для рабочего оборудования драглайн т = 0,7... 0,9 м/с и п = 0,8... 1,2 м/с для универсальных строительных экскаваторов; т= 1,0 ... 1,5 м/с и п = 1,5... 1,8 м/с для карьерных экскаваторов.

Определение усилий в рабочем оборудовании. Сопротивление грунта копанию ковшом Ро экскаватора состоит из касательной Ро1 и нормальной Ро2 составляющих, определяемых усилиями резания, наполнения и перемещения призмы волочения:

где 1–удельное сопротивление грунта копанию, Н/м2;

b, с – ширина режущей кромки ковша и толщина разрабатываемой стружки, м;

ψ – коэффициент отношения составляющих усилия копания.

На рисунке 1.6,а представлена расчетная схема работы прямой лопаты с приложением действующих в процессе копания сил: I–начало копания; II–конец копания на полном вылете ковша (на уровне оси напорного вала); III–положение груженого ковша при максимальных высоте подъема и выдвижении рукояти.

Наибольшая толщина срезаемой стружки соответствует положению II, при котором обеспечивается 100%-ное наполнение ковша:

(1.18)

где ηп и ηн – соответственно КПД подъемного и напорного механизмов; Sп и Sн – в Н; vн и vп –в м/с.

Обычно при одномоторном приводе выполняются соотношения:

16

Рисунок 1.6 Схемы к расчету рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов: а – прямой лопаты; б – обратной лопаты

На рисунке 1.6 б представлена расчетная схема работы обратной лопаты с приложением действующих сил в процессе копания. За расчетное положение принято положение III в конце копания, соответствующее максимальной реакции грунта, полному заполнению ковша и максимальным плечам сил

17

Рисунок 1.7 Схемы к расчету рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов: а – драглайна; б– определение оптимального

противовеса для рабочего оборудования прямой лопаты;

rп, r1, r2, r3, rт, rпр, rпп, rс1, rс11 – плечи сил соответственно подъёма ковша, касательной составляющей копания, тяжести ковша с грунтом, тяжести рукояти, тяги ковша, тяжести противовеса, тяжести механизмов на поворотной платформе, тяжести стрелы при угле наклона 60 и 45°;

gc, gp, gк+г, gпр, gп.п – силы тяжести соответственно стрелы, рукояти, ковша с грунтом, противовеса; механизмов на поворотной платформе;

где ri – плечи соответствующих сил gi относительно оси шарнира стрелы (точка О), м.

Расчетное тяговое усилие ковша обратной лопаты для положения конца копания (∑Ма=0):

где ri – плечи соответствующих сил относительно оси шарнира крепления рукояти к стреле, м.

На рисунке 1.7,а представлена расчетная схема работы драглайна. Масса ковша вместимостью q определяется по следующим эмпирическим формулам (в зависимости от категории грунта):

противном случае ковш переворачивается усилием Sт вокруг точки О. Усилие в подъемном и тяговом канатах при транспортировании ковша определяется графически по треугольнику сил.

Мощность, потребная для работы поворотного и ходового механизмов. Продолжительность поворота составляет от 60 до 80% всей продолжительности цикла.

При определении сопротивления повороту вращающейся части экскаватора учитываются силы трения, возникающие в опорном устройстве: силы, появляющиеся при отклонении оси вращения от вертикали, и силы инерции элементов вращающейся систем.

19