Міністерство транспорту та зв’язку України

Дніпропетровський національний університет

залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

Кафедра прикладної механіки

МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК

до виконання курсового проекту з дисципліни

«Машини для земляних робіт»

«Розрахунок одноківшового універсального

гідравлічного екскаватора»

і дипломного проекту

для студентів напряму підготовки 6.05003

«Машинобудування»

Розробники:

К.т.н., доц. Главацький К.Ц.

Асистент Проскурня В.М.

Ст. викл. Посмітюха О.П.

2010

ВСТУП

Виконання планів будівництва включає в себе повну розробку об’ємів земляних робіт з яких велика частина проводиться одноківшевими екскаваторами.

Одноківшеві екскаватори з’явились майже півтора століття тому. В Росії вони вперше були застосовані при будівництві залізничної колії Санки-Петербург-Москва. Випуск екскаваторів було налагоджено в XX сторіччі на Лубинівському заводі. Інтенсивний розвиток відбувся лише після Великої Вітчизняної війни.

Одноківшевий екскаватор є землерийною машиною циклічної дії. Він призначений для розробки і переміщення ґрунту в транспортний засіб чи у відвал. Універсальні, крім того, можуть виконувати планування, навантажувальні, сваєбійні та інші роботи.

Вони розробляють також і сипучі ґрунти, здійснюють завантажування мерзлих порід та скальних.

Використання гідроприводу на сучасних екскаваторах забезпечує підвищення продуктивності за рахунок збільшення зусилля на зубцях ковша, а жорстка підвіска підвищує точність виконання операцій.

В даній роботі проводиться розрахунок лінійних розмірів та мас екскаватора, силовий та кінематичний розрахунок робочого обладнання, розрахунок на міцність робочого обладнання, розрахунок механізмів обертання платформи та привода гусеничного рушія, визначення стійкості екскаватора. За розрахунковими параметрами екскаватора робимо розрахунок продуктивності і собівартості розробки ґрунту.

1. ВИЗНАЧЕННЯ ЛІНІЙНИХ РОЗМІРІВ ВУЗЛІВ ЕКСКАВАТОРА

На основі вихідних даних, вказаних у завданні на проектування, визначаються з рештою параметрів екскаватора, використовуючи залежності, встановлені на основі аналітичних і експериментальних досліджень, статистичних матеріалів і законів подібності [3, 4, 5, 6].

1.1. Габаритні розміри екскаватора і робочого обладнання.

Подовжня база (опорна довжина гусениць або найбільша відстань між пневмокатками чи виносними опорами)

, м, (1.1)

де - маса екскаватора, т (див. завдання).

Висота гусеничного ходу або діаметр пневмокатків

, м. (1.2)

Ширина гусеничної стрічки або пневмокатка

, м. (1.3)

Ширина гусеничного (пневмоколісного) ходу рекомендується в залежності від подовжньої бази у межах

, м. (1.4)

Радіус хвостової частини поворотної платформи визначається за умови не зачіпання платформою відвалу грунту, основа якого знаходиться на відстані мм від опорного контуру екскаватора

, м, (1.5)

де мм – зазор між гусеничною (пневмоколісною) опорою і нижньою площиною поворотної платформи;- кут звичайного підкосу грунту.

Діаметр опорно-поворотного круга

, м. (1.6)

Радіус ковша, тобто відстань між віссю шарніра кріплення ковша до рукояті і ріжучим краєм середнього зубця ковша

, м, (1.7)

де – місткість ковша екскаватора, що проектується, м³ (див. завдання).

Ширина ковша

, м. (1.8)

Довжина рукояті, тобто відстань між осями шарнірів кріплення рукояті до стріли і до ковша

, м. (1.9)

1.2. Маси вузлів екскаватора.

Масу вузлів екскаватора, що проектується, і принципова загальна конструкція якого відома, можна орієнтовно визначити виходячи з геометричної подібності запропонованого варіанту і прототипу, тобто

, кг, (1.10)

де ,– маса вузла відповідно запропонованого варіанту і прототипу, кг;,- відповідна місткість ковша, м³.

Результати розрахунку доцільно представити у вигляді таблиці, скоректувавши їх таким чином (у тому числі за рахунок противаги), щоб загальна маса дорівнювала масі екскаватора, вказаній у завданні.

Таблиця 1 – Маса вузлів запропонованого варіанту екскаватора.

№ з/п	Найменування Вузла	Маса вузлів прототипів, кг			Маса вузлів запропонованого варіанту, кг
		ЕО-2621А q = 0,25 м3	ЕО-3322 q = 0,40 м3	ЕО-4121 q = 1,0 м3	ЕО- Q = м3
1	Силова установка	420	950	2200
2	Насос	115	200	320
3	Поворотна платформа	230	1200	2320
4	Гідромотор з редуктором повороту	80	200	520
5	Кабіна керування з обладнанням	250	300	310
6	Опорно-поворотний круг	40	320	540
7	Паливний бак з пальним	60	60	60
8	Масляний бак з маслом	50	100	170
9	Капот	150	420	500
10	Противага	-	200	380	Попередньо відсутня
11	Інші вузли	400	800	330
	Усього поворотна платформа з механізмами	1795	4750	7650
12	Ходова частина	3700	5440	7510
13	Стріла з гідроциліндрами стріли і рукояті	360	1625	4530
14	Рукоять з гідроциліндром ковша і важелем	195	460	1720
15	Ківш з тягою	230	520	900
	Усього робоче обладнання	785	2605	7150
	Усього маса екскаватора	6280	12795	22310

2. Силова установка. Вибір привідного двигуна

Силова установка гідравлічного одноківшового екскаватора призначена для забезпечення усіх можливих технологічних переміщень екскаватора і його складових частин. Це досягається включенням до її складу привідного дизельного двигуна внутрішнього згорання гідронасосів, розподільної коробки, гідро розподільників, гідро двигунів, регулятора потужності у вигляді сервоприводу та іншої гідро арматури. ДВЗ з’єднаний із здвоєними гідро насосами за допомогою розподільної коробки. Під час увімкнення ДВЗ напірна магістраль через гідро розподільники з’єднана зі зливною гідро лінією і насоси працюють вхолосту. Насоси завдяки розподільній коробці обертаються із однаковою частотою. Подача рідини насосами регулюється автоматично в залежності від навантаження за допомогою регулятора потужності, виконаного у вигляді гідравлічного сервоприводу, тиск до якого подається від напірних гідро ліній обох насосів. У випадку, коли збільшується тиск в напірній гідро лінії одного з насосів, знижується подача робочої рідини обома насосами одночасно. Причому на більш навантаженому насосі створюється більший тиск і, відповідно, реалізується більша потужність. Отже привідна сумарна потужність автоматично залишається постійною, а величина потоку і тиску змінюється, що викликає зміну робочих зусиль і швидкостей.

Необхідну потужність силової установки попередньо можна визначити на основі питомої енергоємності процесу копання і заданої секундної технічної продуктивності екскаватора за формулою, отриманою виходячи з принципу рівності потужності, що розвивається насосами, потужності, яка витрачається у процесі копання, тобто

Вт, (2.1)

де – секундна технічна продуктивність екскаватора, м³/с; - відповідно коефіцієнт наповнення ковша ґрунтом і коефіцієнт розпушування ґрунту;- час копання грунту, с;- питома енергоємність копання, (Па);- ККД відповідно робочого обладнання і приводу (- оскільки у формулі не враховані витрати енергії на подолання сил тяжіння робочого обладнання і грунту);;- коефіцієнт використання потужності насосної установки у процесі копання ().

При розробці ґрунтів ІІІ та IV категорії міцності екскаваторами з ковшами місткістю 0,25...1,0 м³ рекомендується приймати тау межах 1,05...1,25 та 1,1...1,3 відповідно), а час копання можна попередньо визначити за емпіричною залежністю , с.

Виходячи з розрахункової потужності за додатком А вибираємо дизельний двигун (переважно марки СМД) потужністю, найближчою до потрібної і записуємо усі його характеристики, необхідні для подальших розрахунків, зокрема: потужність N (кВт), кількість обертів вала n (хв^-1), питому витрату пального q_пит. (г/кВтгод.) і інші.

3. Розрахунок стрілопідйомного механізму

Орієнтуючись на екскаватор – аналог, визначимо допустимі за параметрами опорно-поворотного круга і ходового пристрою координати осі шарніра кріплення корпуса гідро циліндра до поворотної платформи

, м; (3.1)

, м; (3.2)

де м – висота платформи.

При цьому координата вимірюється від осі опорно-поворотного круга, а- від горизонтальної площини, на яку опирається ходове обладнання.

Координати осі шарніра кріплення п’яти стріли до поворотної платформи і, відлік яких ведеться аналогічно координатамі, знайдемо декількома методами, з метою більш точного наближення їх до оптимальних значень. У наступних розрахунках їх потрібно уточнити, користуючись принципом пріоритету більш важливих параметрів перед менш важливими.

Відстань по вертикалі від рівня стоянки екскаватора до осі шарніра повороту рукояті

, м. (3.3)

Встановлена координата може залишитися незмінною і на горизонталі, що їй відповідає, необхідно знайти точку з координатою.

Варіантів пошуку даної точки може бути декілька.

Варіант 1. приймемо орієнтовне значення кута встановлення нерухомої ланки, , який утворюється вертикаллю через точку С і нерухомою ланкою, у межах 37...45⁰, і з точки Ц проведемо промінь до перетину з .

Варіант 2. визначимо орієнтовне значення довжини нерухомої ланки (відстань ЦС) за формулою

, м (3.4)

і зробимо засічну на координаті , визначивши таким чином точку С.

Варіант 3. приймемо орієнтовне розташування осі гідро циліндра гідро механізму керування стрілою при максимальному висуванні штока близьким до вертикального, тобто , і визначимо орієнтовну відстань від подовжньої осі гідро циліндра до осі повороту стріли

, м. (3.5)

Виконані розрахунки дозволять встановити орієнтовне розташування точки С, яке найкраще задовольнить усі варіанти.

Більш точне встановлення величини горизонтальної координати можливе при визначенні головних характеристик гідро механізму (,- радіуса коромисла,- довжини гідро циліндра у кінцевому (початковому) положенні штока) та другорядних (,- кута повороту стріли,- початкового кута встановлення нерухомої ланки). Для цього, попередньо прийнявши, підрахуємо:

розрахунковий хід поршня , м; (3.6)

розрахунковий діаметр поршня гідро циліндра , м, (3.7)

де - кількість паралельно встановлених гідро циліндрів механізму керування стрілою (у екскаваторів – аналогів звичайно =2);- момент від сил тяжіння робочого обладнання із завантаженим ковшем:

, Нм, (3.8)

де - приведена до оголовка масастріли з гідро циліндрами стріли і рукояті, яку орієнтовно рекомендується приймати, кг;,,- визначені попередньо маси, відповідно, рукояті з гідро циліндром ковша і важелем, ковша з тягою, і ґрунту у ковші.

За визначеними та, скориставшись додатковою літературою, остаточно приймаємо стандартні гідро циліндри та виписуємо їх характеристики:... м,... м,... м,,... , і підраховуємо... м,... м, де... м, скориставшись розрахунковою схемою гідроциліндра (рис.1).

Рис 1. Розрахункова схема гідроциліндра

Згідно з параметрами вибраного гідро циліндра визначимо радіус коромисла , м, (3.9)

де =74,6⁰, =70,6⁰ - кути тиску штовхаючої сили гідро циліндра на коромисло, відповідно, у кінцевому і початковому положенні механізму, які утворені віссю штока гідроциліндра і перпендикуляром до коромисла, проведеним через шарнір з’єднання штока гідро циліндра з коромислом.

Повний кут повороту веденої ланки (стріли)

, град. (3.10)

Початковий кут відхилення веденої ланки

, град. (3.11)

Довжина нерухомої ланки

, м. (3.12)

для перевірки отриманих результатів ,,, ,скористаємось теоремою косинусів, і визначимо . Порівнюючи ці результати здля вибраних гідро циліндрів зробимо висновок щодо точності розрахунку.

, м; (3.13)

, м. (3.14)

Якщо виконуються умови ,з точністю виконаних обчислень, то параметри механізму визначені вірно.

Остаточно приймемо ,.

Уточнимо , град. (3.15)

Остаточно приймемо і підрахуємо

, м. (3.16)

Уточнимо теоретичну довжину стріли , м. (3.17)

Визначимо радіус копання на рівні п’яти стріли

, м, (3.18)

де - кут відхилення осі рукояті від теоретичної осі стріли при втягнутому штоці гідро циліндра рукояті (рекомендується приймати диференційно у межах 20...30⁰, залежно від маси екскаватора).

Визначимо кут відхилення радіуса коромисла від теоретичної осі стріли , град. (3.19)

Рис.2. Параметрична схема до розрахунку механізмів екскаватора