Добавил:
kane4na@yandex.ru Полоцкий Государственный Университет (ПГУ), город Новополоцк. Что бы не забивать память на компьютере, все файлы буду скидывать сюда. Надеюсь эти файлы помогут вам для сдачи тестов и экзаменов. Учение – свет. Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
35
Добавлен:
24.01.2023
Размер:
3.49 Mб
Скачать

Вращающие моменты: в период разгона

M пов М трен М н М ин М д u пов ;

(1.31)

в период торможения

 

M пов М трен М н М т.д М ин ,

(1.32)

где Мтрен - вращающий момент от сил трения, отнесенный к поворотной платформе, Нм;

Мн – вращающий момент, возникающий вследствие отклонения оси вращения экскаватора от вертикали (обычно на 10–12°), Нм;

Мин – вращающий момент от сил инерции, возникающих при вращении поворотной платформы со стрелой и грузом в период разгона и торможения, с учетом инерции вращающих масс механизмов, Нм;

Мд – вращающий момент вала двигателя, Нм;

u – передаточное число от двигателя до венца поворотного механизма;пов –КПД поворотного механизма;

Мтд – тормозной момент на валу двигателя, Нм. Вращающий момент (Нм) от сил трения:

для роликов с осями, закрепленными в поворотной платформе:

М

 

 

 

0,05 R m g

(μ d 2 f

 

) ;

(1.33)

трен

 

 

о

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для свободных роликов

 

 

 

 

 

М

 

 

 

0,01 R m g

f

 

,

 

 

(1.34)

трен

 

о

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где R– средний радиус круга катания, м;

m – масса поворотной части экскаватора, кг; g=9,8 м/с2;

r– радиус ролика, м;

– коэффициент трения ролика на оси; = 0,05– 0,10 м;

d – диаметр оси ролика, м;

 

f о – плечо трения качения, см;

fо = 0.05– 0,08 см.

Вращающий момент сил от наклона экскаватора (Нм)

M н m g r1 sin 2 ,

(1.35)

где r1 – радиус центра тяжести поворотной части, м;

2 =10– 12°– угол отклонения оси вращения от вертикали. Вращающий момент (Нм) от сил инерции

M ин k1 max I ,

(1.36)

где k1 – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей привода механизма поворота (см. ниже);

20

max – максимальное угловое ускорение, рад/с2;

I – суммарный момент инерции вращающейся части экскаватора относительно оси поворотной платформы, кгм2.

Максимальное угловое ускорение (рад/с2)

 

max

d max

 

 

 

 

dt

 

tP(T) ,

(1.37)

 

 

 

 

 

где max – максимальная угловая скорость, рад/с;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

max

 

 

 

c Nmax пов

 

 

 

 

I

(1,37 пов2 ) ,

(1.38)

 

 

 

 

 

где с – коэффициент, зависящий от привода экскаватора (табл. 1.3); Nmax – максимальная установочная мощность привода, кВт;

пов

β –

tр(т)

– КПД поворотного механизма; пов =0,85;

угол поворота платформы, рад;

– продолжительность разгона (торможения), с.

Таблица 1.3 Коэффициенты k1 и с для различных приводов

Тип привода

Коэффициенты

 

k1

 

с

Одномоторный с фрикционным включением

1

 

88

Шунтовый двигатель с индивидуальными

1,3

 

137

генераторами

 

 

 

 

ДВС с гидропреобразователем

4

 

220

Момент инерции (кгм2) вращающихся деталей привода

относительно собственных осей

 

 

 

Ii m D2 k2 1 ,

 

(1.39)

где m – масса детали, кг; D – диаметр детали, м;

ki – коэффициент, учитывающий тип сборочной единицы или детали; k2 = 9 – муфты; k2 = 8 – сплошные валы и оси; k2 = 7 – блоки, звездочки, шкивы муфт и тормозов, ведущие и направляющие колеса гусениц; k2 = 6 –

литые и сварные барабаны.

Момент инерции (кгм2) металлоконструкций стрел и рукоятей относительно оси поворотной платформы (при незначительном изменении

их масс по длине)

 

 

 

 

 

 

m (R2

R r r 2 )

 

 

Ii

c(p)

 

 

,

(1.40)

 

 

 

3

где mc ( p ) – масса стрелы (рукояти), кг;

21

R, r – расстояния от оси вращения до конца стрелы (рукояти). Мощность (кВт) для работы поворотного механизма

Nпов

 

M

пов ω

,

(1.41)

1000 ηпов

 

 

где Мпов – в кН; – в рад/с.

1.4 Тяговый расчет.

Для гусеничных экскаваторов в общем случае суммарное

сопротивление передвижению (Н):

 

При α = 15° – 17°, f = 0,1– 0,15

 

Wi 0,5 G .

(1.42)

При α = 8° – 10° (крупные экскаваторы)

 

Wi (0,33...0,36) G ,

(1.43)

где G – сила тяжести экскаватора.

Мощность потребная для передвижения экскаватора с заданной скоростью:

Nпер

 

Wi v ,

(1.44)

10

3

η

 

 

 

 

 

где Wi – в Н, v – м/с, η – КПД трансмиссии.

1.5Статический расчет.

Взадачи статического расчета входят: выбор противовеса для уравновешивания поворотной платформы, определение условий устойчивости экскаватора, определение усилий в опорных роликах поворотного круга и реакций центральной цапфы (или захватных роликов), определение удельных давлений на грунт и опорных реакций.

При уравновешивании поворотной платформы необходимо выполнить два основных условия (требования): при любых возможных положениях поворотной платформы и рабочего оборудования с порожним или груженым ковшом равнодействующая масс вращающихся частей не должна выходить за периметр многоугольника, построенного через опорные катки с поворотным кругом; для всевозможных положений перемещение равнодействующей вперед или назад от центральной цапфы должно быть одинаковым. Поворотная платформа уравновешивается для каждого вида рабочего оборудования своим противовесом.

Выбор противовеса.

Для одноковшового экскаватора с рабочим оборудованием прямая лопата (рис. 1.7, б) в основу определения рационального противовеса положено второе условие уравновешивания. Равнодействующую масс

22

поворотной платформы и рабочего оборудования смещают в два крайних положения.

Начало копания: ковш опирается на грунт, его сила тяжести и сила тяжести рукояти не оказывают влияния на равновесие платформы, стрела поднята под максимальным углом мах = 60°, в равновесии платформы

участвуют масса стрелы (mс), масса противовеса (mпр) и масса поворотной платформы (mппо всеми механизмами и узлами без противовеса и рабочего оборудования. Силы тяжести будут:

gc mc g;

gпр mпр g;

g1

mпп

g

.

(1.45)

 

 

 

 

 

Расчетный вылет ковша, полностью загруженного грунтом: стрела установлена под минимальным рабочим углом min =35...40°. В равновесии

платформы участвуют массы: тс, mр – масса рукояти, mк+г– масса ковша с грунтом, mпр, m1. По этим массам определяют силы тяжести:

gр mp g;

gк г mк г

g

.

 

 

 

 

 

 

(1.46)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выдвижение рукояти:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при q= 0,25– 0,75 м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l= lхода/2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.47)

при q =1,0 – 1,5 м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l = (2/3)lхода;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.48)

при q = 1,5– 3 м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l = lхода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.49)

Равнодействующие сил тяжести в соответствующих положениях:

 

 

 

RI g1 gпр

gc

;

 

 

 

 

 

 

 

(1.50)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RII g1 gпр

gc gп gк г

 

 

(1.51)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

Результирующие опрокидывающие моменты относительно оси

поворотной платформы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M I

q1 r1 gпр rпр gc rcI ;

 

 

 

 

(1.52)

M

II

= g

сгр

r

+ g

р

r

+g

к+г

g

1

r

g

пp

r .

(1.53)

 

 

 

cII

 

р

 

 

 

1

 

пр

 

Смещение равнодействующей относительно оси центральной

цапфы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bI =MI/RI < а;

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.54)

 

 

 

 

 

bII = MII/RII < b;

 

 

 

 

 

 

 

(1.55)

 

 

 

 

 

bII/bI = 1,0 – 1,1.

 

 

 

 

 

 

(1.56)

При соблюдении этих условий найденный противовес принимается как наиболее рациональный.

23

Противовес для обратной лопаты выбирают из двух расчетных положений: I–порожний ковш находится на максимальном вылете перед началом копания; II–груженый ковш вышел из забоя.

Расчетные положения для драглайна: I– ковш лежит на земле, α = αmax = 45°;

II –груженый ковш находится на расчетном вылете при α=dmin=25– 30°, q = 0,25– 0,5 м3, Lp=0,75L,

q = 0,5– 1,0 м3, Lp=0,80L, q > 1,0 м3, LP = L,

где L – полный вылет ковша, м.

1.6 Пример расчета параметров экскаватора

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

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

 

1

 

 

 

 

 

3

2

2

 

 

 

3

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

НН= 3

2

(10)

3 =9,2 (м)

mэкспл

 

95 76

(т)

 

 

 

 

2,5

2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r1 3 2,52 (12)3 =11,1(м) r2 3 2,52 (11)3 =10,2(м) r3 3 2,52 (4,5)3 =4,1(м) rП 3 2,52 (10)3 =9,2(м)

rCI

 

3

 

2

 

(10)

3

 

=9,2(м)

rCII

 

3

2

(12,5)

3

=11,6(м)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rР

 

3

2

(18)

3

 

 

=16,7(м) gр=

2

14000

=11200(Н)

 

 

 

 

 

 

2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gр+г= 2,52 35000 =28000(Н) gС= 2,52 20000 =16000(Н)

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;

24

q = 2,0 м3 принимаем п = 0,5 м/с;

Скорость напорного движения н= (0,5... 1,0) п ; принимаем н= 0,5 м/с; Скорость возврата рукояти возв = (1,3 ... 1,5) н=1,5 н =0,75 м/с;

Определение усилий в рабочем оборудовании.

Сопротивление грунта (Н) копанию ковшом (Ро) экскаватора состоит из касательной 01 и нормальной 02 составляющих, определяемых усилиями резания, наполнения и перемещения призмы волочения:

01 = 1 ;

02 = ψ01

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. Наибольшая толщина срезаемой стружки (м) соответствует

положению II, при котором обеспечивается 100%-ное наполнение ковша:

 

 

с

=

 

 

 

 

=

2

 

=0,33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

0,5 9,2 1,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где кр = 1,3 – коэффициент разрыхления грунта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

; = 0,1

;

= √Р2

+ 2

 

 

 

 

01

 

 

 

1

02

 

01

0

01

 

02

 

 

 

 

P01 cmax bk1

0,33 0,5 160000

26400

Н

 

 

 

 

 

P02 0,1P01 0,1 26400

2640

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

P 2

P

2

26400 2

2640 2

26530

Н

 

 

 

 

 

0

01

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подъемное усилие на блоке ковша в процессе копания

S

П

P01r1 g

К Г gРr3

= 26400 11,1 28000 11200 4,1

39800 Н

 

rП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Усилие напора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S H PO 2 cos S П

cos( ) (g Р g К Г ) sin PO1 sin

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2640 cos15 39800 cos(75 15) (11200

28000 ) sin 15 26400 sin 15 26000 Н

(принять 15; 75; )

 

 

 

Мощность (кВт) механизмов подъема и напора

NП

 

SП vП

 

 

39800 0,5

22,1

(кВт)

103 П

 

 

1030,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nн

 

 

Sнvн

 

 

26000 0,5

14,4 (кВт)

 

 

 

 

 

103 н

 

 

1030,9

 

 

 

N NП Nн =22,1+14,4=36,5 (кВт)

25

где П , н - соответственно КПД подъемного и напорного механизмов (кпд принять равным 0,7-0,9); SП и Sн - в Н; vп и vн - в м/с.

Мощность, потребная для работы поворотного и ходового механизмов.

Вращающие моменты (Н-м): в период разгона

M ПОВ М ТРЕН М Н М ИН М Д u ПОВ

в период торможения

M ПОВ М ТРЕН М Н М Т . Д М ИН

где М ТРЕН - вращающий момент от сил трения, отнесенный к поворотной

платформе, Н-м; М Н - вращающий момент, возникающий вследствие отклонения оси

вращения экскаватора от вертикали (обычно на 10... 12°), Н-м; М ИН - вращающий момент от сил инерции, возникающих при

вращении поворотной платформы со стрелой и грузом в период разгона и торможения с учетом инерции вращающих масс механизмов, Н-м;

Мд - вращающий момент вала двигателя, Н-м;

u - передаточное число от двигателя до венца поворотного механизма (принять 20-40);

ПОВ - КПД поворотного механизма (принять 85%);

Мт.д.-тормозной момент на валу двигателя, Н-м. Вращающий момент (Н-м) от сил трения:

для свободных роликов

МТРЕН

 

0,01Rmg

f0

0,01 1 53200 9,8

0,05 1300 (Нм)

r

0,2

 

 

 

 

где R- средний радиус круга катания, м (принять 0,5-2);

m - масса поворотной части экскаватора, кг (m = (0,65÷0,8) mэкспл); g = 9,8 м/с2;

r - радиус ролика, м (принять равным 0,05-0,4); f0 - плечо трения качения, см; f0 =0,05 ... 0,08 см.

Вращающий момент сил от наклона экскаватора (Н-м)

M Н mgr1 sin 2 53200 9,8 0,05 sin10 4500 (Нм)

где r1 - радиус центра тяжести поворотной части, м (принять равным

0,01-0,15);

2 =10...12° - угол отклонения оси вращения от вертикали. Вращающий момент (Н-м) от сил инерции

26

M ИН k1 max I 1 0,1 2000000 200000 (Нм)

где k1 - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей

привода механизма поворота;

max - максимальное угловое ускорение,. рад/с2 (принять 0,1-0,6);

I - суммарный момент инерции вращающейся части экскаватора относительно оси поворотной платформы, кг-м2. (в пределах

105-3·106).

M ПОВ 1300 4500 200000 196800

Мощность (кВт) для работы поворотного механизма

 

NПОВ M ПОВ 10

3 1

196800 0,2 /(10

3

0,85) 46,3

(кВт)

 

ПОВ

 

где Мпов - в кН; - в рад/с.

 

 

 

 

 

t

р

0,1 2 0,2 рад/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tP (T ) - продолжительность разгона (торможения), с. (=1-5с)

 

Тяговый расчет.

 

 

 

 

 

Для гусеничных экскаваторов в общем случае суммарное

сопротивление передвижению (Н) при 80..100 :

 

 

Wi

(0,33...0,36)G 0,33 7448000 245000 (Н)

 

 

 

где G - сила тяжести экскаватора.

 

 

 

 

Мощность (кВт), потребная для передвижения экскаватора с

заданной скоростью:

 

 

 

 

 

 

Nпер Wi /(103 ) 245000 2 /(1030,8) 600 (кВт)

 

 

где Wi

- в Н, - м/с,

- кпд трансмиссии.

 

Статический расчет.

Задание: подобрать противовес (принять равным 0,05-0,3 mпп) mпр = 0,2 mпп = 0,2·53200=10640(кг)

примем gпп = 90кН

Начало копания (положение I): Силы тяжести будут:

gс = mс g; gПР = mnpg; g1 = mППg.

gс =16000(Н);

gПР = mnpg = 10640 · 9.8 = 90000(Н); g1 = 53200 · 9,8 = 521360(Н)

27

Расчетный вылет ковша, полностью загруженного грунтом: стрела установлена под минимальным рабочим углом MIN = 35...40° (положение

II)

gp = mpg; gK+Г = mK+Г g.

gp = 11200(Н); gK+Г =28000(Н)

Равнодействующие сил тяжести в соответствующих положениях:

RI = g1 + gпp+gС=521360+90000+16000=627360(Н)

RII = g1 + gпp+gС +gР +gк+г=521360+90000+16000+11200+28000=666560(Н)

Результирующие опрокидывающие моменты относительно оси поворотной платформы: (rпр принять конструктивно)

MI = g1r1 + gпprпр + gСrcI =521360·0,05+90000·1+16000·9,2=263268(Нм);

MII = gСrcII + gрrр +gк+г - g1r1 - gпprпр = 16000 · 11,6 + 11200 · 16,7 + 28000 - 521360 · 0,05 – 90000 · 1 = 284572(Нм)

Смещение равнодействующей относительно оси центральной цапфы: bI =MI/RI = 263268/627360 = 0,419(м);

bII = MII/RII =286372/666560 = 0,429(м); bII/bI = 1,0 ... 1,1. bII/bI = 0,429/0,419 = 1,02

условие соблюдается - найденный противовес принимается как наиболее рациональный gпп=90кН.

1.7 Практическая работа №1

Тема: Расчет и подбор основных параметров экскаватора с прямой лопатой

Цель работы: определить основные параметры оборудования и мощности подъемного и напорного механизмов.

Таблица 1.4

Исходные данные

 

 

Объем-

Удельное

Вмести-

Масса

 

Масса

Длитель

Вариант

Тип

ная

сопроти-

мость

оборудования, кг

экскава

ность.

грунта

масса

вление

ковша, м3

Рукояти

Ковша

тора, т

цикла,

 

 

 

грунта

копанию

qк

Мр

Мк

Мэ

с Tц

 

 

кг/м3, γ0

МПа, кр

 

 

 

 

 

1.

Песок

1300

0,12

0,5

1325

900

18

40

2.

Глина

1900

0,18

0,3

1200

750

16

30

3.

Супесь

1600

0,14

0,4

1275

850

14,5

35

4.

Супесь

1500

0,13

0,75

1415

1100

20,5

45

5.

Суглин.

1700

0,16

1,0

1550

1300

22

50

6.

Песок

1200

0,11

1,25

1650

1450

25

65

28

7.

Супесь

1500

0,12

1,75

1775

1475

28

70

8.

Суглин

1700

0,16

1,5

1715

1415

26,5

65

9.

Песок

1300

0,12

1,25

1650

1450

25

60

10

Глина

1800

0.17

0,5

1325

900

18

45

11

Глина

1900

0,18

0,4

1275

850

14

40

12

Суглин.

1700

0,16

0,3

1200

750

15

35

13

Супесь

1600

0,14

0,5

1325

900

17,5

40

14

Песок

1300

0,12

0,75

1415

1100

21

45

15

Песок

1200

0,11

1,0

1550

1300

22

50

16

Супесь

1500

0,13

1,25

1650

1450

26

65

17

Супесь

1500

0,12

1,5

1715

1415

27

60

18

Песок

1200

0,10

1,75

1775

1475

30

75

19

Песок

1200

0,11

2,0

1800

1500

35

80

20

Суглин.

1600

0,15

1,0

1650

1450

25

50

Методика расчета

Определим основные параметры экскаваторного оборудования

1.Ширина ковша

bк = kш,к 3 qк , м,

где кш.к_ - коэффициент ширины ковша, принимается кш.к = 1,1; qк – вместимость ковша, м3.

2.Длина ковша

lк = kд.к 3 qк , м,

где кд.к - коэффициент длины ковша, принимается кд.к=1,15.

3.Длина рукояти

lр = kд. р 3 М э , м,

где kд.р- коэффициент длины рукояти, принимается kд.р=1,5. Мэ – масса экскаватора, т

4. Длина стрелы

lс = kд.с 3 М э , м,

где kд.с- коэффициент длины стрелы, kд.с = 2,44; Мэ – масса экскаватора, т.

5. Высота копания грунта

Нк = kв.к 3 М э , м,

где kв.к - коэффициент высоты копания, kв.к = (2,6 ÷ 3,0); Мэ – масса экскаватора, т

29