Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Основной отраслью народного хозяйства в Республике Беларусь является сельское хозяйство. Большое внимание для получения больших урожаев уделяется по улучшению земель. Этим вопросом занимается мелиоративное хозяйство.

Мелиорация земель - важнейшая народно-хозяйственная задача, достижение которой ведет к обеспечению устойчивости высоких урожаев и повышение благосостояния нации.

Основной целью сельскохозяйственной мелиорации является создание оптимальных условий для производства продукции сельского хозяйства и, в первую очередь, продукции растениеводства.

Для повышения продуктивности мелиорированных земель за счет более широкого использования их потенциала в сфере сельскохозяйственного производства, проведения мелиоративных мероприятий и осушения высокоплодородных земель, на основании статьи 9 Закона Республики Беларусь «О мелиорации земель» и в соответствии с Государственной программой сохранения и использования мелиорированных земель на 2011-2015 годы.

Для обеспечения проектных норм осушения построен сложный комплекс гидротехнических сооружений, который включает 14 тысяч километров каналов и водоприемников, 338 мостов, 301 шлюз-регулятор, 1112 труб-регуляторов, 4367 труб-переездов. Программой на пятилетку определены следующие мероприятия:

-ремонтно-эксплуатационные работы, предусматривающие ежегодный ремонт и техническое обслуживание мелиоративных систем на площади 230 тысяч гектаров, стоимостью 16 млрд. рублей;

-агромелиоративные работы на ранее осушенных сельхозугодиях, площадью 16,7 тысячи гектаров, стоимость работ составляет 24,2 млрд. рублей;

-реконструкция и восстановление осушительных и осушительно-увлажнительных систем. Согласно материалам инвентаризации, мелиоративные системы на площади 57 тысяч гектаров требуют реконструкции. Предусматривается проведение работ на площади 44,6 тысячи гектаров стоимостью 243 млрд. рублей. Реконструкция и восстановление оросительных систем намечена на площади 656 гектаров. Для этих целей направляется 9 млрд. рублей. Реконструкция и восстановление основных сооружений на мелиоративных и водохозяйственных системах обойдется в 15 млрд. рублей.

Современное сельскохозяйственное производство требует осуществления различных мелиоративных мероприятий, одним из которых является устройство открытой осушительной сети. Двухфрезерные каналокопатели - одни из основных машин для нарезки открытых каналов. Двухфрезерные каналокопателями можно работать на торфяных и минеральных грунтах, с содержащих камней не более 80 мм, а также с включением древесной растительности.

Кроме повышения производительности труда на земляных работах экскаваторы непрерывного действия обеспечивают также улучшение качества выполняемых работ. В частности, при прокладке каналов экскаваторами непрерывного действия полностью ликвидируются ручные доделочные работы. Перечисленные преимущества экскаваторов непрерывного действия обусловливают постоянное увеличение их удельного веса в общем парке землеройных машин. На землеройных машинах непрерывного действия существенно облегчен труд машинистов; они лишь наблюдают за правильностью выполнения рабочих процессов и периодически изменяют режимы работы механизмов.

Наряду с указанными выше преимуществами экскаваторы непрерывного действия имеют недостаток - малую универсальность и большую металлоемкость.

Каждый экскаватор непрерывного действия предназначен для выполнения определенных операций и, его нельзя использовать на других работах, как одноковшовые экскаваторы.

Курсовой проект выполняется на основании задания по курсовому проектированию



1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Экскаваторы-каналокопатели предназначены для рытья за один проход каналов полного профиля, нетребующих доработок дна и откосов.

Классификация каналокопателей представлена на рисунке 1.1 [2].

Рисунок 1.1 Классификация каналокопателей

Экскаватор-каналокопатель ЭТР-125А [2] (рисунок 1.2) предназначен для устройства за один проход осушительных каналов глубиной до 1,4 м с заложением откосов 1:1 в торфяных грунтах с наличием погребенной, разложившейся древесины при переустройстве осушительных систем. На вновь осушаемых торфяных грунтах каналокопатель может применяться при условии их предварительной подсушки и при промерзании до 15 см в зимних условиях. В минеральных грунтах первой категории каналокопатель может работать при наличии камней размером не более 80 мм.

Экскаватор-каналокопатель навешивается на трактор Т-130МБГ-3, оборудованный гидросистемой и механизмом задней навески, в котором верхняя тяга заменена гидроцилиндром. Навесное оборудование включает рабочий орган, трансмиссию, раму, ходоуменшитель 18, гидросистему, фиксирующее устройство, механизмы управления 4 и уширитель 24 гусениц. Рабочий орган состоит из двухотвального клина 12 и симметрично расположенных по его бокам под углом 45° к горизонту двух дисковых фрез 13 и 21.

Рисунок 1.2 -Экскаватор-каналокопатель ЭТР-125А

1- противовес, 2-рама противовеса, 3-трактор, 4-механизм управления, 5-гидроцилиндр, 6-фиксирующее устройство, 7,9-муфты, 8,20-конические редукторы, 10-рыхлители, 11-планетарный редуктор, 12-двухотвальный клин, 13,21-дисковые фрезы, 14-рама, 15-пальцы-шарниры, 16-раздаточная коробка, 17-карданная передача, 18-ходоуменшитель, 19-гидросистема, 22-лопатка, 23-режущий нож, 24-гусеница уширенная.

Фрезы получают вращение от вала отбора мощности трактора через трансмиссию, состоящую из промежуточного вала ходоуменшителя18, карданной передачи 17, раздаточной коробки 16, муфт 7, 9, конических редукторов 8, 20 и планетарных редукторов 11. Все основные сборочные единицы рабочего органа в трансмиссии крепятся к раме 14, являющейся главным несущим элементом.

Рама 14 присоединяется к нижним тягам тракторной навески и к гидроцилиндру 5 с по- мощью трех пальцев-шарниров 15.

Достоинство конструкции отсутствие кавальеров; недостатком данной - необходимость применения базового трактора с двигателем высокой мощности.

Кинематическая схема каналокопателя показана на рис. 1.3

Рисунок. 1.3 -Кинематическая схема экскаватора ЭТР-125А

1-двигатель, 2-сцепление, 3-каробка передач трактора, 4-задний мост, 5-движитель, 6-ходоуменшитель, 7-карданная передача, 8-раздаточный редуктор, 9-карданная муфта, 10, 14-конические редукторы, 11-планетарный редуктор, 12-фреза, 13-предохранительная муфта.

Экскаватор-каналокопатель ЭТР-173 (рисунок 1.4) --самоходная машина, предназначенная для устройства за один проход осушительных каналов глубиной до 1,7 м с заложением откосов 1:1. Основными сборочными единицами являются самоходное шасси 1, рабочий орган 4, рама навески 5, гидравлическая система 2, вспомогательное оборудование и механизмы управления.

В каналокопателе ЭТР-173 применен объемный гидропривод всех механизмов, включая механизмы рабочего и транспортного перемещения машины. В передней части специального базового шасси, вынесенной вперед для уравновешивания рабочего органа, расположена силовая станция, включающая двигатель ЯМЗ-238Г, раздаточный редуктор и насосную станцию. Гусеничный движитель 6 машины многоопорный, жесткого типа.

Рисунок 1.4 - Общий вид экскаватора-каналокопателя ЭТР-173

Рисунок. 1.5-Кинематическая схема трансмиссии экскаватора-каналокопателя ЭТР-173

а - правый привод гусеничного движителя; б - редуктор привода насосов; в - правый привод фрезы; г - левый привод гусеничного движителя; д - левый привод фрезы.

Силовой агрегат состоит из двигателя 1 (рисунок 1.5) со сцеплением, системами охлаждения, предпускового подогрева и топливной системой. В состав силовой передачи входят также редуктор II привода насосов, коробка передач III привода фрезы с планетарным редуктором IV, коробка передач VI с планетарным редуктором V привода ведущей звездочки 6 гусеничного хода.

Насосной станцией обеспечивается гидравлический привод всех агрегатов и механизмов силовой передачи каналокопателя. Она включает:

1)два насоса-мотора 21 (рисунок 1.5) модели 210.32.13.21 с подачей 240 л/мин, которые питают гидромоторы 13 привода гусеничного хода в транспортном режиме или гидромоторы 33 привода фрезы в рабочем режиме;

2)насос 24 модели 207.20.19.1 подачей до 84 л/мин, который питает гидромоторы 13 привода гусениц хода в рабочем режиме. Это позволяет получить скорости передвижения в делах 0,006...0,16 м/с. Регулирование подачи насоса осуществляется вручную или автоматически. Переключение управления насосом 24 с ручного автоматический режим производится с помощью золотника, установление кабине. Верхнее положение рукоятки золотника соответствует ручному, а нижнее -- автоматическому управлению скоростью передвижения машины;

3)насосы 25 (рисунок 1.5) модели 5Г12-24А. Одним из них (с подачей 64 л/мин) создается избыточное давление во всасывающих магистралью насосов и компенсируются утечки через дренажи; вторым (с подачей 6,4 л/мин) -- с помощью ручного управления изменяется подача насоса 24;

4)насос 23 модели 210.16.12.01 с подачей 44 л/мин питает гидроцилиндры подъема и гидроцилиндр поворота рабочего органа;

5)насосом 22 модели Г12-33 с подачей обеспечивается принудительное смазывание зубчатых колес редуктора привода насосов и охлаждение масла.

Гидросистема каналокопателя ЭТР - 173 предназначена для обеспечения боты приводов рабочего и транспортного передвижения машины, рабочего органа, установочных перемещений рабочего органа, вентилятора обдува теплообменника, переключения скоростей бортовых редукторов, механизма включения стояночных тормозов, ручного и автоматического регулирования скорости передвижения машины в рабочем режиме в зависимости от загрузки фрез рабочего органа.

Привод передвижения машины привод рабочего органа представляет гидропередачи по замкнутым схемам общей магистралью низкого давления и общей подпиткой.

Рабочий орган 4 (рисунок 1.5) двух фрезерного каналокопателя по конструкции аналогичен рабочему органу каналокопателя ЭТР-125А и представляет собой двухотвальный зачистной нож с двумя фрезами диаметром 3000 мм. Фрезы расположены под углом 45° к горизонту и предназначены для резания грунта, выноса и разбрасывания его по обе стороны от прокладываемого канала.

Навешивается рабочий орган на самоходные шасси 1 с помощью навесной системы, предназначенной для установки рабочего органа в рабочее и транспортное положение и для регулировки глубины канала. Она состоит из рамы навески 5 и гидравлического механизма (гидроцилиндров подъема 2 и разворота 3 рабочего органа).

Управление каналокопателем осуществляется из кабины самоходного шасси.



2. ВЫБОР И ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОЕКТИРУЕМОЙ МАШИНЫ

По исходным данным курсового проекта: производительность 250 м³/ч; глубина канала 1,4 м; канал параболический y=0,7; грунт 1-й категории (торф с древесными включениями); привод фрез от BOM. По техническим характеристикам экскаваторов-каналокопателей принимаем в качестве аналога конструкцию двухфрезерного каналокопателя ЭТР-153, принимаем базовый тягач ДТ-75Б.

За основу проектируемого каналокопателя взят двухфрезерный каналокопатель ЭТР-153 (рис 2.1). Каналокопатель предназначен для устройства за один проход осушительных каналов параболического сечения (y=0,7 x²), глубиной до 1,4 м в торфяных грунтах с наличием погребенной древесины при переустройстве осушительных систем. Экскаватор-каналокопатель навешивается на трактор Т-130 МБГ-3, оборудованный гидросистемой и механизмом задней навески, в которой вместо верхней тяги гидроцилиндр. Навесное оборудование состоит из рабочего органа, привода, рамы 6, ходоуменьшителя 2, гидросистемы, фиксирующего устройства, механизма управления 4 и уширителя 24 гусениц. Рабочий орган состоит из двухотвального клина и симметрично расположенных по его бокам к горизонту двух дисковых фрез 8. Фрезы получают вращение от вала отбора мощности трактора через трансмиссию, состоящую из промежуточного вала ходоуменьшителя 2, карданной передачи 4, раздаточной коробки, муфт, конических редукторов 7 планетарных редукторов 11. При переезде каналокопателя на значительное расстояние, его рабочий орган фиксируется в транспортное положение устройством 6. Фрезы 8 предназначены для разбрасывания обрушенного и вырезанного грунта за пределы канала, а также для резания пней и древесины, находящихся в грунте.

Рабочий орган машины выполнен в виде двухстороннего отвала и симметрично расположенных по бокам под углом 45° к горизонту двух дисковых фрез с рыхлителями. Отвал служит для разделения грунта в выемке на две равные части, равномерной подачи его на фрезы, защиты открытого канала от попадания грунта и пассивного резания грунта нижней части отвала. На наружном конусе фрезы радиально приварено шесть метательных лопастей со сменными ножами, на внутреннем -- лопатки без ножа для создания более ровных откосов. Рыхлители крепят к наружной трубе планетарного редуктора. Они обрушивают грунт, подрезаемый фрезами. Фрезы вращаются со скоростью до 30 м/сек, необходимой для создания усилия среза и измельчения растительности, торфа и разбрасывания вынутого грунта на расстояние до 20 м.

Рисунок 2.1 - Двухфрезерный каналокопатель полунавесной



3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Направление вращения фрезы принимаем прямым во избежание забрасывания разработанного грунта в отрываемый канал и для уменьшения мощности на трение между откосом канала и рабочим органом. Толщина разбрасываемого слоя принимаем по литературе [1] h_от =0,15 м.

Определяем площадь поперечного сечения канала (рис 3.1):

А_к = 4H_к()/3; (3.1)

А_к = 4?1,4?()/3 = 2,61 м²,

где Н_к - глубина канала (рис 3.1, 3.2) Н = 1,4 м;

а = 0,7.

Рисунок 3.1 - Схема к определению дальности отбрасывания разработанного фрезами грунта.

Рисунок 3.2 - Схема разработки поперечного сечения параболического канала.

Определяем ширину по дну (рис. 3.1):

b_у = 0,25 Н_к; (3.2)

b_у = 0,25? 1,4 = 0,35 м.

Величину глубины условного канала можно ориентировочно принять по зависимости (рис. 3.3):

Н_у = 0,8 Н_к; (3.3)

Н_у = 0,8 ?1,4 = 1,12 м.

Рисунок 3.3 - Схема разработки параболического канала.

Определяем ширину по дну:

b_у = 0,25 Н_к; (3.4)

b_у = 0,25? 1,4 = 0,35 м.

Для каналов параболического сечения л_ср равно углу наклона к горизонту касательной к параболе.

Определяем угол наклона откоса к горизонту:



л_ср = arc tg ; (3.5)

л_ср = arc tg = 54?.

Определяем дальность разбрасывания грунта фрезами:

l_от = А_к k_p / 2 h_от; (3.6)

l_от = 2,61 ?1,2 / 2 ?0,15 = 10,44 м.

где, h_от - толщина разбрасываемого слоя h_от = 0,15 м;

k_p = 1,2 - коэффициент разрыхления [1] ;

Определяем окружную скорость фрезы:

Vокр = (1,3 … 1,5 ) lот; (3.7)

Vокр = (1,3 … 1,5) ? 10,44 = 13,5 … 15,6 м/сек.

Угол разгрузки выбираем = 60? [1];

Определяем радиус фрезы по концам ножей (рис 3.4):

r_фр = Н_у /[(1 + cos ) sinл]; (3.8)

r_фр = 1,12 /[(1 + cos 60)sin54] = 0,9 м,

Тогда диаметр фрезы D_фр = 2 ? r_фр = 1,8 м (рис 3.4).



Рисунок 3.4 - Схема к определению диаметра фрезы

Необходимо определить угол разворота фрез б_раз по формуле:

а = D_фр(sin б_раз)/2; (3.9)

Отсюда

б_раз = arcsin(2a/D_фр); (3.10)

Значение а можно рассчитать следующим образом:

а = (b₂ - b₁)cos л_ср; (3.11)

где b₁ и b₂ - свободные члены уравнений прямых.

Расчёт b1 можно выполнить по формуле:

b₁ = H_y + b_y/(2tg л_ср) = 1,12 + 0,35/2?1,37 = 1,25 м, (3.12)

а расчёт b₂ - по формуле

b₂ = H_k/2 + (H_k/2a)^1/2/tg л_ср = 0,7 + 0,9/1,37 = 1,43 м, (3.13)

Находим:

а = (1,43 - 1,25) ? cos54° = 0,25 м,

Рассчитываем б_раз:

б_раз = arcsin(0,35?2/1,8) = arcsin(0,264) = 16°.

Шаг ножей определяем по формуле:

Т_н = рD_фр /z_н; (3.14)

Т_н = 3,14?1,8 /3 = 1,8 м.

где z_н - число ножей.

Число ножей определяем из выражения:

z_н = р D_фр П_т / (v_окр А_к с); (3.15)

z_н = 3,14 ?1,8?0,069 / (14?2,61?0,006) = 2,2.

где П_т - техническая производительность каналокопателя, см³/с. По заданию Пт = 250 м³/ч = 0,069 см³/с.

Число ножей принимаем для торфяных грунтов z_н = 3 c установкой в два ряда. Ножи принимаем гребенчатой формы для лучшей разработки древесных остатков.

Подачу на нож рассчитываем по формуле:

c = р D_фр П_т / (v_окр А_к z_н); (3.16)

c = 3,14 ?1,8? 0,069 / (14?2,61?3) = 0,003 м,



Увеличиваем подачу в два раза и получаем с = 0,006 м.

где П_т - техническая производительность каналокопателя;

Ширину фрезы определяем по формуле:

b_фр = D_фр/(15…20); (3.17)

b_фр = 1,8/(15…20) = 0,12…0,09 м.

Ширину фрезы принимаем b_фр = 0,12 м,

При двух линиях резания: b_н = b_фр / 2 = 0,12 / 2 = 0,06,

Ширину ножа принимаем b_н = 0,06 м.

Принятое значение b_фр должно удовлетворять условию размещения фрез на дне канала. Края фрез не будут соприкасаться, если выполняется данное условие:

b_фр ? b_д /(2sinл); (3.18)

0,12 ? 0,35 /(2sin54),

0,12 ? 0,22.

Условие выполняется.

Требуемый угол разворота фрез б_раз примем из обзора конструкций. У экскаватора ЭТР-153 он равен 14°. Принимаем б_раз = 14?.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок. 3.5 - Геометрия режущей части ножа.

Угол резания ножа (рис. 3.5), прорезающего узкие щели в переувлажненных грунтах, = 60 , задний угол = 20 .

Длина ножей измеряемая в радиальном направлении, принимаем l_н =0,1 м .

Рисунок 3.6 - Конструкция фрезы с гребенчатыми ножами

Угол отклонения _л от радиального направления принимаем _л= 20.

Ширина лопаток b_л принимается меньше ширины ножей и рассчитывается по формуле:

b_л = b_н - 0,02; (3.19)

b_л =0,12 - 0,02 = 0,1 м.

Радиус лопаток r_л рассчитывается по формуле:

r_л = D_фр / 2 - l_н; (3.20)

r_л = 1,8 / 2 - 0,1 = 0,8 м.

Определим значение l_л:

(l_л² b_л cos² _л щ k_н / 3k_р) - (l_л b_л r_л cos _л щ k_н / k_р) + П_л = 0; (3.21)

где щ - угловая скорость лопатки, м/с;

k_н - коэффициент наполнения пространства в котором происходит транспортирование грунта лопатками, принимаем k_н = 0,15 [3];

r_л - радиус конца лопатки;

П_л - техническая производительность лопаток по выносной способности, м³/с.

Угловая скорость фрез определяется по формуле:

щ = 2 ? V_окр/ D_фр, рад/с; (3.22)

щ = 2 ? 14/ 1,8 = 15 м/с.

Лопатки должны обеспечивать производительность П_л, которая определяется по формуле:

П_л = П_т - (2H_y / sin л )b_ф ?Vn; (3.23)

П_л = 0,069 - 2?1,12 /0,8 ?0,12?0,026 = 0,06 м³/c.

Скорость рабочего передвижения v_п рассчитываем по формуле:

v_п^ном = П_т^ном /A _ном; (3.24)

v_п^ном = 250 /2,61 = 95,7 м/ч = 0,026 м/c.

Подставляем значение

(l_л² ? 0,1 ? 0,92 ? 15? 0,15/ 3 ? 1,2)- (l_л ? 0,1 ? 0,8 ? 0,96 ? 15 ? 0,15/ 1,2) + 0,06= 0,

0,06 ? l_л² - 0,14 ? l_л+0,06 = 0,



ах² + bх + с = 0;

l_л² - 2.3l_л + 1 = 0;

Д = b² - 4ас = 2,3 ² - 4 ? 1 ? 1 = 1,29,

х₁ = -b+/2 ? а = (2,3 +1,13)/2 ? 1 = 1,6 м,

х₂ = - b -/2 ? а = (2,3 -1,13)/2 ?1 = 0,58 м.

Принимаем длину лопатки l_л = 0,58 м (рис. 3.6).

Таблица 3.1 - Основные параметры рабочего оборудования

Параметр	Размерность	Значение
Техническая производительность Окружная скорость фрез Диаметр фрезы по концам по концам ножей Ширина фрезы Число ножей на фрезе Число внутренних лопаток на фрезе Ширина внутренней лопатки Длина лопатки Угол отклонения лопатки от радиального направления Угловая скорость фрез Номинальная скорость рабочего передвижения	м3/ч (м3/с) м/с мм мм шт. шт. мм мм градус рад/с м/ч (м/с)	250 (0,069) 15 1800 120 3*2 3 100 580 20 15 90 (0,026)



4. РАСЧЕТ БАЛАНСА МОЩНОСТИ И ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Определение мощности на привод рабочих органов

В общем виде мощность на привод рабочего органа каналокопателя определяется следующим выражением:

Р_{р. о}= (Р_к^н + Р_к^л + Р_р + Р_под + Р_тр) /_р.о; (4.1)

где Р_к^н, Р_к^л,Р_р, Р_под,Р_тр - соответственно мощности на копание грунта ножами, на копание лопатками, на разгон грунта, на подъем грунта и трение;

_р.о - к.п.д. рабочего органа, учитывающий потери мощности на разрушение грунта торцами лопаток, трение грунта о лопатки, на рыхление грунта рушителями и др. Для расчетов принимается _р.о = 0,7...0,8 3 .

Мощность на копание грунта ножами определяется выражением:

P_к^н= 2 ? k₁ ? b_фр ? l_от ? v_п; (4.2)

где k₁ - удельное сопротивление грунта копанию;

l_от = Н_у/ sinл_ср; (4.3)

l_от = 1,12/ sin 54 = 1,4 м.

Значение k₁ зависит от средней толщины стружки д_ср.

Определяем д_ср:

д_ср = с ? sin (ц_к/2); (4.4)

д_ср = 0,004 ? sin (120/2) = 0,003 м.

с = v_п ? Т_н ?/ v_окр ; (4.5)

с = 0,026 ? 1,8/ 14 = 0,004 м.

Определяем k₁:

k₁ = k ? д_ср^-е ? k_б ? k_b ? k_ц ? k_г, (4.6)

где k - коэффициент сопротивления копанию стружки;

е - показатель степени, принимаемый для торфяных грунтов - 0,33;

k_б,k_b,k_ц,k_г - соответственно коэффициенты, зависящие от угла резания б, ширины ножа b_н, угла контакта ц_к, числа ударов С_уд.

По таблице 4.2 [3] принимаем значения коэффициентов для определения k₁:

С_уд = 4 - для грунтов ? категории.

где - k = 160; д_ср = 0,003; k_б = 1,3; k_b =1,04; k_ц = 1; k_г = 0,57.

= 1/0,3^0,33 = 1,49,

k₁ = 160 ? 1,49 ? 1,3 ? 1,04 ? 1 ? 0,57 = 180 кПа.

При наличии в грунте погребенной древесины значения k₁ следует увеличить в 1,5…2 раза. Т.к. по заданию имеются древесные включения, k₁ увеличиваем в 2 раза.

k₁ = 180 ? 2 = 360 кПа,

P_к^н = 2 ? 360 ? 0,12 ? 1,4 ? 0,026 = 3,14 кВт.

Мощность на копание лопатками:

Р_к^л= ? k₁ ? П_т ? (А_к - А_н)/А_к, (4.7)

где А_н - площадь канала, вырезаемая ножами.

- коэффициент, учитывающий снижение k₁ за счет того, что боковые кромки ножа разбрасывают обрушивающий грунт, принимаем = 0,53.

А_н = 2 ? b_фр ? l_от ; (4.8)

А_н = 2 ? 0,12 ? 1,4 = 0,4 м²,

Р_к^л = 0,5 ? 360 ? 0,069 ? (2,61 - 0,4)/2,61 =10,5 кВт.

Мощность на разгон грунта Р_р определяется по формуле:

Р_р = П_т ? с ? v_окр1²/2, (4.9)

где v_окр1 - окружная скорость радиального сечения транспортируемого фрезой грунта, ориентировочно v_окр1 = (0,8...0,9)v_окр;

с - плотность грунта, принимаем с = 1700 кг/м³.

v_окр1 = (0,8...0,9) ? 14 = 11,2…12,6 м/с, (4.10)

Принимаем v_окр1 = 12 м/с.

Р_р = 0,069 ? 1,1 ? 12²/2 = 5,4 кВт.

Мощность на подъем грунта определяется по формуле:

Р_п = П_т ? с ? g ? H_п, (4.11)

где Н_п - высота подъема грунта, рассчитывается по формуле:

Н_п = Н_у/2; (4.12)

Н_п = 1,12/2 = 0,56 м.

Р_п = 0,069 ? 1,1 ? 9,81 ? 0,56 = 0,5 кВт.

Мощность на трение определяется по формуле:

Р_тр = f₂ ? П_т ? с ? v_окр²/2; (4.13)

Р_тр = 0,7 ? 0,069 ? 1,1 ? 14²/2 = 5,2 кВт.

где f₂ - соответственно мощность на трение грунта о поверхность забоя, о лопатки.

Определяем мощность на привод рабочего органа каналокопателя:

Р_{р. о} = (2,1 + 7,5 + 11,7 + 0,57 + 11,6) /0,75 = 40,6 кВт.

Мощность, приведенная к валу двигателя:

Р_{р. о}^дв = Р_{р. о}/з_тр, (4.14)

где з_тр - к.п.д. трансмиссии, принимаем з_тр = 0,8.

Р_{р. о}^дв = 40,6/0,8 = 50,7 кВт.

По этой мощности определяем мощность двигателя:

Р_дв = k_з ? Р_{р. о}^дв ; (4.15)

Р_дв =(1,2…1,3) ? 50,7 = 60,8…65,9 кВт.



Принимаем двигатель СМД - 14, номинальная мощность двигателя 66 кВт, при 1700 об/мин коленчатого вала. Ориентируемся на базовую машину МК - 23. Масса данной машины 7,81 т, учитывая, что бульдозерного отвала нет. Масса рабочего органа 1,6 т.

4.1.1 Определение суммарных реакций, действующих на рабочие органы каналокопателя

На рабочий орган каналокопателя действуют: силы сопротивления копанию грунта ножами; силы сопротивления копанию боковыми кромками лопаток; силы трения; силы, действующие на двухотвальный клин; силы сопротивления копанию зачистным клином. Первые три силы объединяем в суммарную реакцию грунта, разложим на касательную и нормальную реакцию.

Касательная реакция:

F_к = (Р_к^н + Р_к^л + Р_р + Р_под + Р_тр)/v_окр ; (4.16)

F_к = (9,24 + 28,7 + 18,5 + 1,7 + 21,3)/ 14 = 2,1 кН.

Нормальная составляющая вычисляется по зависимости

F_н= ? F; (4.17)

где = 0,6 [3],

F_н= 0,6 ? 2,1 = 1,26 кН.

Точка приложения реакции F_к и F_н находится на высоте Н_к/3 от дневной поверхности, что примерно соответствует углу 0,7_к (рисунок 4.1).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.1 - Схема к определению точки приложения реакции грунта.

Дно канала окончательно формируется зачистным отвалом. Для расчетов принимается, что отвал срезает толстую стружку треугольного сечения (рис. 4.2)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.2 - Схема к определению реакций, действующих на зачистной отвал.

Горизонтальная реакция R_о^г определяется по формуле:

R_о^г = (0,35…0,80)k₁ b_д ²/ 2ctgл; (4.18)

R_о^г = (0,35…0,80)?40 ?0,35 ²/ 2ctg54? =1,2…2,8 кН.

Принимаем k₁ = 40 кПа по приложению табл.2 [1].

Вертикальная составляющая реакция R_о^в определяется по формуле:

R_о^в = R_о^г ? ctg_o; (4.19)

где _o- угол наклона касательной к нижней точке отвала, _o = 653.

R_о^в = 2 ? ctg65° = 0,92 кН.

Реакции грунта действующие на двухотвальный клин можно определить по эмпирической формуле:

F_г = F_г^кфнА_к /А_кфн; (4.20)

где F_г^кфн - горизонтальная реакция, действующая на двухотвальный клин каналокопателя КФН-1200, F_г^кфн = 15 кН;

А_кфн - площадь поперечного сечения канала, отрываемого каналокопателем КФН-1200, А_кфн =1,74 м².

F_г = 15 ? 2,61/1,74 = 22,5 кН.

Вертикальная составляющая, действующая на двухотвальный клин, рассчитывается по формуле:

F_в = F_в^кфн А_к /А_кфн; (4.21)

где F_в^кфн - вертикальная реакция, действующая на двухотвальный клин каналокопателя КФН-1200, F_в^кфн = 3 кН.

F_в = 3 ? 2,61 /1,74 = 4,5 кН.

4.2 Тяговый расчет

4.2.1 Определение суммарного тягового сопротивления при полунавесной схеме агрегатирования

Вычерчиваем схему рабочего оборудования (рис. 4.3), на которой обозначаются силы тяжести G_р.о частей оборудования, силы взаимодействия грунта с рабочим органом F_н,F_к,F_п, нормальные реакции грунта на поверхность опорного устройства R_о, силы сопротивления передвижению опорного устройства по поверхности грунта при рабочем перемещении машины в гору с уклоном 10є.

Рисунок 4.3 - Схема к определению реакций в шарнире сцепки машины с полунавесным или полуприцепным рабочим органом

На первой стадии рабочее оборудование рассматривается отдельно от базовой машины, а поскольку в точках крепления рабочего оборудования к базовой машине во время ее движения всегда возникают усилия, то их также обозначают на схеме F_х и F_у и направляют по осям координат в произвольном направлении. Кроме того, на схеме указывается расстояние от линии действия сил до начала координат и, при необходимости, углы направления действия сил.

Сила тяжести трактора рассчитывается по формуле:

G_т = m_т?g, кH; (4.22)

G_т= 7510?9,81=73673 H.



Сила тяжести рабочего органа:

G_р.о= m_р.о?g, кН; (4.23)

G_р.о = 1600?9,81=15696 Н.

Из условия М_o = 0 получаем уравнение:

R_o ? l₃ + F_o ? (Н_к + h₁) + R_o^г ? (Н_к ? h₁) - R_o^в ? l₂ + G_p.o? sin ? h₃ - G_p.o? cos l₂ + F_г ? ? (Н_к/2 + h₁) - F_в ? l₁ - F_к ? sinл ? sin ? (l₂ - r_фр ? sin) + F_к ? sinл ? cos ? (h₃ + r_фр ? ? cos) + F_н ? sinл ? cos ? (h₃ + r_фр ? cos) + F_н ? sinл ? sin = 0; (4.24)

Учитывая, что F_o = R_o ? f_о, получаем уравнение для расчета R_о:

где f_о - коэффициент удельного сопротивления передвижению опорных колес, выбирается по табл. 2 или 3 приложения. Принимаем = 0,45.

R_о = [- R_o^г ? (Н_к + h₁) + R_o^в ? l₂ - G_p.о ? sin ? h₃ + G_p.o? cos l₂ - F_г ? (Н_к/2 + h₁) +F_в? ? l₁ + F_к ? sinл ? sin ? (l₂ - r_фр ? sin) - F_к ? sinл ? cos ? (h₃ + r_фр ? cos) - F_н ? sinл ? cos ? (h₃ + r_фр ? cos) - F_н ? sinл ? sin]/ (l₃ + f_o(Н_к + h₁ )); (4.25)

R_о = [- 2 ? (1,4 + 0,4) + 0,92 ? 1,6 -15,7 ? 0,17 ? 0,94 + 15,7 ? 0,98 ? 1,44 - 22,5(1,4/2+0,4)+ 4,5 ?1,21 + 2,1?0,7?0,9 1,44-0,9?0,9 - 2,1?0,7?0,1 ? 0,94+0,9?0.1- 1,24?0,7?0,1? 0,94+0,9?0,1- 1,24?1,2/(2,9+ 0,45(1,4 + 0,4)) = 3,7 кН.

Рассчитав R_о, находим F_о:

F_o = R_o? f_o = 3,7 ? 0,45 = 1,6 кН. (4.26)

Спроектировав все силы на ось Х, получим:

F_х = G_p.о? sin + F_o + F_г + R_o^г + F_н ? sin ? cosл_ср + F_к ? cos? sinл_ср; (4.27)

F_х = 15,7 ? 0,17 + 1,6 + 2 + 22,5 + 1,24 ? 0,1 ? 0,77 + 2,1 ? 0,99 ? 0,64 = 30,1 кН.

Аналогично находим силы на оси У:

F_у = - R_о + R_о^в - F_в + G_p.o? cos + F_к ? sinл_ср? sin - F_н? sinл_ср ? сos; (4.28)

F_у = -3,7 +0.92 -4,5 + 15,7 ? 0,98 + 2,1 ? 0,77 ? 0,99 - 1,24 ? 0,77 ? 0,1 = 9,6 кН.

Так как значения F_х и F_у положительны, то направление их выбрано правильно.

После расчета значений сил F_x, F_y и определения направления их действия переходим к рассмотрению базовой машины (рис. 4.4), где G_т - силы тяжести машины, R_г - нормальная реакция грунта на движитель, F_s - сила сопротивления передвижению, F_т - необходимая сила тяги, которая равна искомой силе F_c. В точке соединения рабочего оборудования прилагаются силы F_х, F_y, но направление их противоположно тому, которое было установлено при рассмотрении рабочего оборудования отдельно от базовой машины.

Проектируя все силы, действующие на базовую машину, на ось У и решая это уравнение относительно R_г, получим следующее уравнение:

R_г = G_т ? cos + F_y; (4.29)

R_г = 73,7 ? 0,98 + 9,6 = 81,6 кН.

Проектируя силы на ось Х, получаем:

F_s= f?_o?(G_т?cos + F_y),кН ; (4.30)

где-f?_o коэффициент сопротивления передвижению трактора, принимаем f?_o = 0,15 [3].

F_s= 0,15? (73,7 ?cos 10?+ 9,6) = 11,3 кН.

и решая уравнение относительно F_т, получаем:

F_т = F_x + f?_o?(G_т?cos+ F_y) + G_тsin,кН; (4.31)

F_т = 30,1 + 0,15? (73,7 ?cos10? + 9,6) + 73,7 ?sin10?= 54 кН.

Подставив численные значения в уравнение (8.31), получим значение F_т, которое численно равно F_с.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.4 - Схема к тяговому расчету машин с полунавесным рабочим оборудованием

4.2.2 Определение общей мощности двигателя

Для машины с активным рабочим органом уравнение расчета необходимой мощности P_дв двигателя (уравнение баланса мощности) можно записать следующим образом:

Р_дв = Р_р.о^дв + Р_п^дв + Р_д^дв; (4.32)

где Р_р.о^дв - мощность на привод рабочего органа, приведенная к валу двигателя;

Р_п^дв - мощность на передвижение машины, приведенная к валу двигателя;

Р_д^дв - мощность на привод дополнительных устройств (электрогенератора, пневмокомпрессора, гидронасоса системы управления и др.), приведенная к валу двигателя.

Мощность Р_р.о рассчитывается для каждого типа рабочего органа по существующим методикам. Мощность на передвижение, приведенная к валу двигателя, определяется по формуле:

Р_п^дв = F_с v_п /_{х б тр}; (4.33)

где F_с - суммарное тяговое сопротивление;

v_п - скорость рабочего передвижения машины;

_х - к.п.д. механизмов ходовой части базовой машины. Для гусеничных машин _х = 0,7...0,9;

_б - к.п.д., учитывающий потери мощности при частичном буксовании. При полной нагрузке можно принимать для гусеничных тракторов _б = 0,95...0,98;

_тр - к.п.д. трансмиссии привода движителя, _тр = 0,88...0,93.

Р_п^дв = 54 ? 0,026/0,8 ? 0,96 ? 0,9 = 2,1 кВт,

Р_д^дв = (0,05...0,07) ? (Р_р.о^дв + Р_п^дв); (4.34)

Р_д^дв = 0,05? (50,7 + 2,1) = 2,64 кВт.

Общая мощность двигателя:

Р_дв = 50,7 + 2,1 + 2,64 = 55,4 кВт.

Для обеспечения работы машины без буксования должно соблюдаться условие

F_сц F_c k_pеж? F_ном; (4.35)

F_сц = _сц ? R_г ? k_д; (4.36)

где F_сц - сила тяги по сцеплению;

k_pеж - коэффициент режима работы. При работе с постоянной нагрузкой

k_pеж = 0,8 для гусеничных;

F_ном - номинальная сила тяги базовой машины на соответствующей скорости;

_сц - коэффициент сцепления движителя с грунтом _сц =0,15…0,9 [3]

R_г - нормальная составляющая суммарной реакции грунта на ведущую часть движителя базовой машины;

k_д - коэффициент динамичности k_д = 1[3].

F_сц = 0,9 ? 81,6 ? 1 = 73,4 кН,

73,4 54.

Условие соблюдается - машина работает без буксования.

4.3 Тяговые расчеты при транспортном передвижении

4.3.1 Движение по горизонтальному участку пути

Для мелиоративной машины с полунавесным рабочим оборудованием расчетная схема изображена на рисунок - 4.5. На схеме показаны силы, учитываемые при расчете. Для этого случая

Определяем максимальную транспортную скорость передвижения мелиоративной машины на горизонтальном участке пути.

R_г = G_т + G_p; (4.37)

F_т = F_s = f?_o ? R_г = f?_o ? (G_т + G_р); (4.38)

F_т = F_s = 0,1 ? (73,7 + 15,7) = 8,94 кН.

v_max = (P_дв - P_доп^дв) ? з_тр ? з_х /F_т; (4.39)

v_max = (66 - 3,72) ? 0,9 ? 0,8 /8,94 = 4,7 м/с.

P_доп^дв = P_дв ? 0,06;

P_доп^дв = 66 ? 0,06 = 3,72 кВт.

Рассчитанное значение v_max сопоставляется с максимальной транспортной скоростью v_т, т.к. у УШ стоит бесступенчатое регулирование скорости то:

v_т = v_max. (4.40)

Рисунок 4.5 - Схема сил, действующих на машину при транспортном передвижении по горизонтальному участку пути.

4.3.2 Движение в гору

При данном расчетном положении определяется максимальный угол подъема , который может преодолеть проектируемая машина на первой транспортной передаче.

Из технической характеристики принимаем скорость на первой передаче v_т = 1,67 км/ч. Для пояснения методики расчета мелиоративной машины с полунавесным рабочим оборудованием используем рисунок 4.6.

Рисунок 4.6 - Схема к определению максимального угла подъема.

Определим искомый максимальный угол подъема из условия полной загрузки двигателя [3]:

sin = - f?_o ? cos + (P_дв - P_доп^дв) ? з_тр ? з_х ? з_б/[v_т ? (G_т + G_p)]; (4.41)

sin = - 0,1 ? cos + (66 - 3,72) ? 0,9 ? 0,8 ? 0,96/[1,67 ? (73,7+15,7)],

sin = - 0,1 ? cos + 0,29.

Заменив sin на и возведя обе части уравнения в квадрат, получим:



Выполним преобразование:

1- cos² = 0,01 ? cos² - 0,058 ? cos + 0,084;

Выполнив действия, получим квадратное уравнение:

-1,01 ? cos² + 0,058 ? cos + 0,084 = 0;

Упростим данное уравнение:

cos² - 0,058 ? cos - 0,084 = 0.

Находим дискриминант:

Д = b² - 4ас = -0,058² - 4 ? 1 ? (-0,084) = 0,34, (4.42)

Получаем два корня уравнения:

х₁ = -b+/2 ? а = 0,058 +/2 ? 1 = 0,35, (4.43)

х₂ = - b -/2 ? а = 0,058 -/2 ? 1 = - 0,23. (4.44)

Решив уравнение, принимаем x = 0,35 за действительное решение.

= аrccos0,35 = 69?. (4.45)

Угол , найденный из условия развиваемой мощности двигателя, необходимо проверить по условиям сцепления (проверка на отсутствие сползания).

Определяем максимальный угол подъема по условиям сцепления движителя с грунтом [3]:

tg = (_cц - f_o); (4.46)

= arctg (0,7 - 0,1) = 31?.

При сопоставлении значений , полученных при решении уравнений (4.45) и (4.46). Искомым углом является меньшее из двух полученных значений - = 31?.

экскаватор каналокопатель осушительный



5. СТАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

5.1 Определение коэффициентов запаса устойчивости в вертикальных плоскостях

При расчете коэффициента запаса устойчивости в продольной вертикальной плоскости считается, что опрокидывание возможно относительно оси А-А или Б-Б.

Рисунок 5.1 -Схема к статическому расчету в продольной вертикальной плоскости.

Выполним расчет коэффициентов запаса устойчивости в продольной вертикальной плоскости. Расчетная схема машины приведена на рисунке 5.1, соответственно плечи l_т = 1,28 м, l₁ =1,16м.

Относительно А - А опасности нет, так как нет опрокидывающего момента.

Для оси Б -Б уравнение имеет вид:

k_у^б= М_в^б/М_опр^б= G_т?l_т /(F_у?l₁+ F_х?h), кН ? м; (5.1)



k_у^б= 73,7 ?1,28/(9,6 ? 1,16+ 30,1 ? 0,4) = 4 кН ? м

5.2 Расчет проходимости

Из условия равновесия машины относительно одной из расчетных осей опрокидывания (Б - Б) находим х_д. При этом используем ранее определенные М_в^б, М_опр^б.

Для схемы, приведенной на рисунке 5.2, условие равновесия имеет вид:

М_опр^б - М_в^б + R_г? (L/2 - х_д) = 0; (5.2)

Отсюда:

х_д = (М_опр^б- М_в^б + R_г?L/2) / R_г; (5.3)

х_д = (23,2 - 94,3 + 81,6 ?2,56/2) / 81,6 = 0,4 м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5.2 -Схема к определению величины смещения реакции грунта в продольном направлении.

После этого определяем среднее давление на грунт р_ср. Для гусеничных машин выражение имеет следующий вид:



р_ср = R_г /2?b?L, кПа; (5.4)

где b - ширина гусеницы, принимаем b = 0,67м [9];

L -длина опорной поверхности гусеницы, принимаем L = 2,56 м [9].

р_ср = 81,6/2 ? 0,67 ? 2,56 = 24 кПа.

Находим минимальное р_min и максимальное р_max давления на грунт:

p_min= р_ср? (1 - 6х_д/L), кПа; (5.5)

p_min= 24 ?(1 - 6? 0,4/2,56) = 1,7 кПа,

р_max= р_ср?(1 + 6х_д/L), кПа; (5.6)

р_max= 24 ?(1 + 6? 0,4/2,56) = 46,3 кПа.

После определения р_min и р_max строим линеаризованную эпюру давлений гусениц на грунт. Положительные значения давлений откладываются вниз от прямой, соответствующей поверхности стояния машины. Отрезок АБ на эпюре соответствует длине опорной поверхности гусениц. Затем производим оценку конструкции ходового аппарата базового тягача с точки зрения обеспечения проходимости.

При работе на осушенных торфяниках:

[p_cp] 25…30 кПа, (5.7)

24 25…30 кПа - условие соблюдается.



Рисунок 5.3 - Эпюра давления гусениц на грунт

5.3 Определение коэффициента запаса устойчивости при переводе рабочего органа в транспортное положение

Для расчета выполняется в масштабе эскиз проектируемой или модернизируемой машины (рисунок 5.4), по которому определяют плечи действия сил тяжести базовой машины и рабочего оборудования.

Рисунок 5.4 - Схема к расчету коэффициента запаса устойчивости при переводе рабочего органа в транспортное положение

Для приведенных в качестве примера схем расположения рабочих органов коэффициент запаса устойчивости определяется по следующей формуле[3]:



k_у= M_в^б/M_опр^б = G_т l₁ /G_р.о l₂; (5.12)

k_у=73,7•1,16/15,7•1,6=4.

5.4 Статические расчеты при транспортном перемещении машины

При задней навеске рабочего оборудования рассматривается машина в момент ее разгона при движении на подъем. В этом расчетном положении учитываются сила давления ветра F_в, силы инерции F_и, возникающие при разгоне машины, и силы тяжести G_т и G_р.о. Расчетная схема приведена на рисунок 5.4.

Рисунок 5.4 -Схема сил, действующих на машину при транспортном передвижении.

Как видно из рисунка 5.4, увеличение ведет к уменьшению М_в и к увеличению М_опр. Угол , при котором М_опр = М_в, называется критическим углом. Для безопасной работы машины необходимо соблюдение условия[3]:

М_в = k_уМ_опр. (5.8)

Угол, при котором соблюдается условие (6.8), называется максимальным безопасным углом _б или предельным углом уклона. Из уравнения (5.8) находят _б, приняв k_у = 1,3. Для схемы, приведенной на рисунке 5.5, уравнение (5.8) после подстановки выражений М_в^б и М_опр^б имеет вид:

G_т•cos•l₁=1,3•(F_и^т•h₁+F_и^р.о•h₂+G_тsin•h₁+G_p.оcos•l₂+G_p.оsin•h₂+F_в•H/2); (5.9)

Уравнение (5.9) необходимо решить относительно , что и даст искомый максимально допустимый угол _б. С этой целью приведем уравнение (5.9) к следующему виду:

сos•(G_т•l₁- 1,3•G_p.о•l₂) = 1,3•sin•(G_т•h₁+G_p.о•h₂) + 1,3•(F_и^т•h₁+ F_и^р.о•h₂+ F_в•Н/2); (5.10)

сos•(73,7•1,28-1,3•15,7•1,8) = 1,3•sin•(73,7•1,15+15,7•0,82)+1,3•(3,6 •1,15 + 0,7• 0,82 + 0,9• 2,33/2),

57,9•сos = 1,3•sin•97,6 +7,5.

Выполним математические действия:

126,9•sin = 57,9•сos - 7,5; (5.11)

Заменив sin на получим:

; (5.12)

Разделим обе части уравнения на 126,9, получаем:

; (5.13)

Выполним преобразование:

1- cos² = 0,21 ?cos² + 0,18 ?cos - 0,04; (5.14)

Выполнив действия, получим квадратное уравнение:

-0,21?cos² - 0,18?cos + 0,96 = 0; (5.15)

Упростим данное уравнение:

0,21•cos²+0,18?cos -0,96 = 0; (5.16)

Находим дискриминант:

Д = b² - 4ас = 0,18² - 4 ?0,21 ? (-0,96) = 0,83, (5.17)

Получаем два корня уравнения:

х₁ = -b+/2 ? а = -0,18+/2 ? 0,21 = 1,98, (5.18)

х₂ = - b -/2 ? а = -0,18 -/2 ? 0,21 = - 2,34. (5.19)

Решив уравнение, принимаем x = 1,98 за действительное решение.

= аrccos 1,98 = 31,7; (5.20)

Значение F_и определяется по формуле:



F_и = G•v_т /g•t_р,кН; (5.21)

F_и^т = 73,7•1,67/9,81• 3,5 = 3,6 кН,

F_и^р.о = 15,7•1,67/9,81• 3,5 = 0,7 кН.

где G - сила тяжести рассматриваемого агрегата;

v_т- транспортная скорость, до которой разгоняется машина, обычно принимаемая равной транспортной скорости на высшей передаче;

...