Расчет экскаватора-каналокопателя

t_р - время разгона машины до транспортной скорости. Для гусеничных машин t_р = 3...4 с.

Значение F_в определяется по формуле:

F_в = р_в•А_в,кН; (5.22)

где р_в - давление ветра, р_в = 0,25 кПа [3];

А_в - подветренная площадь.

F_в = 0,25•3,65 = 0,9 кН.

Упрощенно можно считать для рассматриваемой схемы:

А_в = В•Н•k_сп, м² ; (5.23)

А_в =2,24 • 2,33 •0,7= 3,65 м².

где В и Н - соответственно габариты машины по ширине и высоте;

k_сп - коэффициент сплошности, учитывающий площадь, находящуюся под давлением ветра. Для машин k_сп= 0,6…0,8, для решетчатых конструкций - 0,4…0,6.

Для расчета безопасного угла косогора, т.е. расчета в поперечной плоскости изобразим расчетную схему, которая приведена на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5- Схема к определению максимального безопасного угла косогора

Для этого положения сила давления ветра определяется по формуле:

F_в = р_в •В•Н•k_сп, кН; (5.24)

F_в = 0,25• 2,24 • 2,33 • 0,7 = 0,9 кН.

Значение F_и определяется по формуле:

F_и = m•v_т²/g•r_п,кН; (5.25)

где m - масса тягача, а также рабочего органа;

r_п - радиус поворота.

F_и^т=7,51• 1,67²/9,81•2,4 = 8,9 кН,

F_и^р.о =1,6• 1,67²/9,81•2,4 = 1,9 кН.

Радиус поворота рекомендуется определять по зависимости:

r_п = (1,4…1,7)• (В - b); (5.26)

r_п = (1,4…1,7)• (2,24 - 0,67) = 2,19…2,66 м,

где В - ширина тягача по гусеницам, В = 2,24 м,

Принимаем r_п = 2,4 м.

Применительно к схеме, изображенной на рисунке 5.5, уравнение для расчета моментов имеют вид:

М_в^Б = (G_т + G_р.о)?cosв • В/2; (5.27)

М_опр^Б = G_т?sinв?h₁+G_p.о?sinв?h₂+F_и^т•h₁+F_и^р.о•h₂ + F_в• Н/2;

(G_т+ G_р.о)?cosв?В/2 = 1,3•(G_т?sinв?h₁ +G_p.о?sinв?h₂ +F_и^т•h₁ +F_и^р.о•h₂ + F_в Н/2).

Подставив численные значения, получим:

(73,7 + 15,7)?cosв? 2,24/2 = 1,3•(73,7?sinв? 1,15+15,7?sinв? 0,82+8,9• 1,15+ 1,9• 0,82 + 0,9• 2,33/2).

Выполним вычисления и получим:

91,2?cosв = 97,6?sinв + 16,7; (5.28)

Заменив sinна получим:

. (5.29)

Выполним преобразование:

1- sin²в =1,14 ?sin²в + 0,43sinв + 0,04; (5.30)

Выполнив действия, получим квадратное уравнение:

-2,14 ?sin²в - 0,43?sinв + 0,96 = 0; (5.31)

Упростим данное уравнение:

sin²в + 0,2 ?sinв - 0,4 = 0; (5.32)

Находим дискриминант:

Д = b² - 4ас = 0,2² - 4 ? 1? (-0,4) = 1,64; (5.33)

Получаем два корня уравнения:

х₁ = -b+/2 ? а = - 0,2 +/2 ? 1 = 0,44, (5.34)

х₂ = - b -/2 ? а = - 0,2 -/2 ? 1 = -0,84. (5.35)

Решив уравнение, принимаем x = 0,44 за действительное решение.

Определяем допустимый угол косогора:

в = аrcsin0,44 = 26,1?. (5.36)

Таким образом, допустимый угол косогора составляет 26,1? при ограничении скорости 11,52 км/ч.



6. РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА

Для подбора гидроцилиндра необходимо определить силу, действующую на шток гидроцилиндра. Для схемы приведённой на рисунке 6.1 имеем:

; (6.1)

Отсюда

Рисунок 7.1 - Схема к определению силы, действующей на шток гидроцилиндра.

После определения усилия на штоке гидроцилиндра переходим к определению диаметра гидроцилиндра:

; (6.2)

где Р_ц - давление в гидросистеме, Р_ц = 16 МПа;

к_ц - коэффициент, к_ц = 0,5...0,7 [6];

_мц - механический к.п.д. цилиндра._мц = 0,95...0,98 [6];

Р_сл - давление в сливной магистрали. Р_сл = 0,2...0,3 МПа[6].

м,

Принимаем из стандартного ряда гидроцилиндр ЦГ80.400. (D_ц = 80 мм, l_шт = = 400 мм)[7].

Определим расход масла при работе гидроцилиндра:

, (6.3)

где d_ш - диаметр штока гидроцилиндра. d_ш = 0,04м[7];

v_ш - скорость движения штока. v_ш = 0,3 м/с [6].

м³/с.

Для обеспечения рассчитанной подачи подходит насос НШ71В-3 с подачей 121,8 литр/мин и напором 16 МПа.



7. ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ

7.1 Выполним прочностной расчёт ножа

Исходя из схемы 7.1 видно, что нож уперся в препятствие силы F_т, а cила F_n не учитывается.

Рисунок 7.1 - Схема к проведению прочностного расчёта режущего элемента

Условие прочности

у_из = М /W ? [у_из]; (7.1)

где М - момент действующий на нож;

W - момент сопротивления изгибу;

[у_из] - предел прочности при изгибе.

Определим напряжение изгиба, возникающее в рассматриваемом элементе



; (7.2)

Нож изготовляем из Ст 5; [у_из] = 176 МПа [5].

Отсюда имеем

д = = 9,4 мм.

где F_ф - касательная сила. Согласно уравнению 4.15 F_ф = 4,2 кН для двух фрез, для одной фрезы F_ф = 2,7 · 40% = 1,68 кН.

Длина ножа определяется следующим образом

l_н = l ? соs32°, (7.3)

где l - определяем замеряя на чертеже ту длину ножа, которая копает грунт. Замерив эту длину, получаем l_н = 75 мм.

l_н = 75 ? 0,84 = 62,2 мм.

Ширину захватываемую ножами определяется следующим образом

b = b_н? ? n, (7.4)

где b_н? - ширина ножа, b_н? = 17,5 мм;

n - количество ножей, n = 3.

b = 17,5 ? 3 = 52,5 мм.

Принимаем д = 15 мм.

7.2 Выполним прочностной расчёт пальца гидроцилиндра

Исходя из рисунка 7.2 видно, что палец подвержен деформации среза.

Рисунок 7.2 - Схема к проведению прочностного расчёта пальца

Условие прочности

; (7.5)

где F - действующая сила, равная геометрической сумме реакций F_x и F_y;

[ф_ср] - допускаемые напряжения среза, [ф_ср] = 60 МПа (для материала Сталь Ст5) [5];

i - количество плоскостей среза, i = 2.

Преобразуем зависимость (7.3) в следующий вид

. (7.6)

Определим срезаемую площадь



, (7.7)

.

Определим диаметр пальца

(7.8)

где d_п - диаметр пальца;

S_п - площадь пальца.

Отсюда получаем

, (7.9)

мм.

Принимаем d_п =30 мм.

7.3 Расчёт сварного шва державки ножа

Произведём расчёт сварного шва крепящего державку крепления ножей к пластине.

; (7.10)

где к - катет шва, принимаем к = 4 мм[5];

l- длина сварного шва;

[]_р - допускаемое напряжение на растяжение;

[s] - коэффициент безопасности, [s]= 4 [5].

Рисунок 7.3 - Схема к проведению прочностного расчёта сварного шва

Условие прочности для данного случая

[_p] = _т/[s], (7.11)

где _т- допустимое напряжение текучести для сталь 35, принимаем _т = 270 МПа[6].

[_p] = 270/4 = 67,5 МПа.

Исходя из выражения (7.9) имеем

мм.

Принимаем прерывистый шов длиной l = 40 мм.



8. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ

Новые и капитально отремонтированные машины перед их использованием должны быть подвергнуты эксплуатационной обкатке. Она включает подготовку машин к обкатке, обкатку двигателей и гидросистем на холостом ходу, обкатку машин на холостом ходу и под нагрузкой, послеобкаточное обслуживание машин.

При подготовке к работе двухроторного каналокопателя проверяют правильность присоединения и навеску рабочего оборудования к базовой машине, крепление болтовых соединений. Проверяют состояние роторов, муфт предельного момента и при необходимости, регулируют. После устранения обнаруженных неисправностей производят смазку согласно карте смазки.

Во избежание поломок каналокопателя не допускается резкий поворот базовой машины при совершении рабочего процесса. При работе на прочных грунтах необходимо применять более низкие рабочие скорости.

8.1 Техническое обслуживание машины

Техническое обслуживание - комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании его по назначению, хранении и транспортировки.

В процессе использования экскаваторов проводят технические обслуживания: ЕО, ТО-1 (60 мото-часов), ТО-2 (240 мото-часов), ТО-3 (960 мото-часов), СО, Т, К.

Ежесменное (ЕО) выполняется перед началом смены, в течение или после рабочей смены. В него входят: очистка от пыли и грунта; проверка комплектности составных частей машины и инструмента; проверка состояния крепления двигателя, насосов и т. д.; проверка герметичности систем питания, смазки и охлаждения двигателя, гидросистемы, редукторов; проверка уровней топлива основного и пускового двигателей, рабочей и охлаждающей жидкости, масла в картере двигателя и редукторе; смазывание шарнирных соединений рабочего оборудования, проверка на люфт крестовин привода рабочего органа, визуальный осмотр сварных швов рабочего органа, проверка затяжки винтов крепления ножей; запуск, прогрев и проверка работы двигателя; проверка систем управления, сигнализации, освещения.

Техническое обслуживание № 1 (ТО-1) проводится после 60 мото-часов работы машины. В состав работ входят: выполнение работ ЕО; проверка состояния привода вентилятора, генератора, компрессора, гидросистемы; слив отстоя из топливного бака основного двигателя, фильтров грубой и тонкой очистки топлива; обслуживание магнето; очистка воздухозаборника; очистка центрифуги; смазывание подшипников согласно карте смазки.

Техническое обслуживание № 2 (ТО-2) проводят через 240 мото-часов работы машины и включает в себя: выполнение операций ТО-1; проверка тепловых зазоров в клапанах; давления впрыска форсунок; качества распыла топлива; давления предохранительных клапанов гидросистемы; натяжение гусеничных лент; проверка плотности электролита; замена масла в картерах двигателей; очистка и мойка сеток фильтрующих элементов; смазывание согласно карте смазки.

Техническое обслуживание № 3 (ТО-3) проводят через 960 мото-часов работы и включает в себя: выполнение операций ТО-2, кроме того, проверяют муфту сцепления пускового устройства, топливный насос, стартер, генератор, очищают и промывают фильтр-отстойник топливного бака и карбюратор пускового двигателя, топливные фильтры или заменяют их, подтягивают крепление деталей и смазывают составные части согласно таблице смазки.

Сезонное обслуживание (СО) выполняется два раза в год при подготовке машины к использованию в период последующего сезона (летнего или зимнего). Включает следующие операции: промывка системы охлаждения двигателя, заполнение её жидкостью, соответствующей сезону эксплуатации; замена рабочей жидкости в гидросистеме; смазывание подшипников и шарнирных соединений смазочным материалом; сезонная регулировка реле-регулятора; доводка плотности электролита до нормы; установка или съём дополнительных чехлов двигателя или аккумулятора.

Работы по проведению текущего и капитального ремонта (Т и К) проводятся согласно инструкции по эксплуатации машины в специальных мастерских[8].

8.2 Требования безопасности при работе машины

Для обеспечения безопасного ведения работ обслуживающий персонал обязан строго выполнять требования безопасности при эксплуатации (ГОСТ-12.3.033-84).

Во время работы запрещается пребывание на каналокопателе или в опасной зоне посторонних лиц.

Перед началом работы машинист получает указания о порядке выполнения задания и соблюдении при этом необходимых мер предосторожности, тщательно осматривает рабочую площадку и проверяет машину.

Пуск двигателя производят при нейтральном положении рычагов управления. Перед началом движения (работы) машинист должен убедиться в отсутствии людей в опасной зоне и во всех случаях обязан подать предупредительный звуковой сигнал.

При очистке рабочего оборудования или удалении посторонних предметов, застрявших между его элементами, следует остановить машину, поднять рабочий орган в транспортное положение, надежно зафиксировать его и только после этого вести профилактические работы.

Все операции технического обслуживания, устранение неисправностей необходимо выполнять при заглушённом двигателе, заторможенной ходовой части и опущенном рабочем оборудовании[8].

Максимальный угол при движении в гору 31°, максимальный допустимый угол косогора 26°.

8.3 Хранение и консервация машины

Работоспособность временно не используемых машин не снижаемся только при условии их правильного хранения. Различают межсменное, кратковременное (до 3месяцев) и длительное (более 3месяцев) хранение. Межсменное хранение является одним из мероприятий ежесменного технического обслуживания. Цель проводимых мероприятий при межсменном хранении - защита машин от пыли, атмосферных осадков, создание условий, облегчающих пуск двигателя и выезд машины на работу.

Главная задача временного и длительного хранения машин - сохранение их от порчи и обеспечение постоянной готовности к эксплуатации.

Во время временного и длительного хранения необходимо предохранить: металлические неокрашенные части - от коррозии (ржавления); окрашенные - от растрескивания и потемнения краски; резиновые детали - от потери эластичности; детали из прорезиненной материи - от покрытия плесенью и гнилостными бактериями; рессоры, пружины - от остаточных деформаций.

Хранить машины временно и длительно можно в крытых неотапливаемых помещениях или на открытых площадках, имеющих удобные подъезды и обеспечивающих противопожарную безопасность.

Перед постановкой на временное хранение необходимо выполнить все операции внешнего и очередного номерного ухода: установить машину на место стоянки; слить воду из системы охлаждения; хорошо закрыть двигатель капотом; снять

На длительном хранении машины хранят на специально отведенном месте в зоне консервации без обслуживания. Ставят ив длительное хранение только комплектную, технически исправную машину с ресурсом работоспособности не менее 300-500 ч.

До сдачи машины на длительное хранение выполняют следующие работы. Проводят в полном объеме внешний уход и техническое обслуживание. Окрашенные части машин, покрытые коррозией, зачищают скребками и металлическими щетками и окрашивают вновь. Неокрашенные металлические части смазывают антикоррозионной смазкой, состоящей из 75% индустриального масла марки 30или 45,5% канифоли и 20% технического вазелина УН, или солидолом УС-1 и УС-2, а окрашенные поверхности покрывают слоем восковой пасты. Антикоррозионную смазку наносят (кистью) подогретой до расплавления, смазку УС без подогрева.

Для надежной и длительной защиты от коррозии металлических изделий наряду с консервационными можно применять многие антифрикционные смазки. В качестве консервационных смазочных материалов наиболее рационально использовать нерастворимые в воде, химически- и коллоидно-стабильные антифрикционные смазки с низкой испаряемостью, обладающие в связи с этим хорошими защитными свойствами. Из таких антифрикционных смазок можно назвать солидол С, литол-24; для консервации механизмов, работающих при низких температурах, можно употреблять смазку МС-70, а для приборов -- смазки ОКБ-122-7 или ГОИ-54п. В условиях возможного контакта с морской водой для консервации широко используют смазки АМС.

Существует множество консервационных смазок общего назначения: Смазка ПВК (пушечная) (ГОСТ 19537--83), защитная (смазка УНЗ) (ТУ 38 001277--76), вазелин технический для резиновой промышленности (ОСТ 38 1.56--74), вазелин технический волокнистый ВТВ-1 (производится по ТУ 38 101180--76), ВНИИСТ-2 жировая для изоляции надземных трубопроводов (ТУ 38 101379--73), состав предохранительный (смазка ПП-Э5/5) (ГОСТ 4113--48), антикоррозионная АК (ТУ 32 ЦТ 552--73), смазка ЗЭС (ТУ 38 101474--74) и др.

На месте стоянки машины на гусеничном ходу и металлических колесах ставят на деревянные подкладки; рабочее оборудование и другие части, опускают и укладывают горизонтально на уровне шарнирного крепления на специальные козлы или клетки из шпал (бревен).

По окончании всех этих работ машины сдают по акту лицу, ответственному за хранение. В акте указывают дату сдачи на хранение, место и условия хранения. Для контроля и учета заполняют специальную карточку хранения (консервации) машины. В период хранения проводят периодическое обслуживание машины.

Расконсервирование машин и ввод в эксплуатацию производятся распоряжением по организации. При расконсервировании выполняют все работы, обеспечивающие подготовку машины для нормальной эксплуатации[8].



9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

К технико-экономическим показателям относят удельную энергоемкость, удельную материалоемкость, эксплуатационная производительность, удельный расход топлива.

Эксплуатационная производительность:

П_Э = П_Т?k_и; (9.1)

где k_и - коэффициент использования рабочего времени, k_и = 0,8[5].

П_Э =250?0,8 = 200 м³/ч.

Удельная энергоемкость определяется по формуле:

е = Р_ДВ / П_Т; (9.2)

е = 66000/250 = 264 Вт•ч/м³.

Удельная материалоемкость:

m=M_К/П_т; (9.3)

m=9110/250 = 36,4 кг•ч/м³.

где M_К - масса машины.

Удельный расход топлива:

Q = Р_ДВ?q_уд; (9.4)



где q_уд - удельный расход топлива для двигателя СМД-14, принимаем q_уд = 0,265 кг/кВт?ч [7].

Q = 66 ? 0,265 = 17,5 кг/ч.

Отсюда удельный расход топлива на производство единицы объема:

q_уд = Р_ДВ?k_и ?Q/П_Э; (9.5)

q_уд = 66 ? 0,8 ? 17,5/200 = 4,62 кг/кВт?ч.

Энергонасыщенность машины ( W ) определяется по формуле:

W=P_дв/М_к = 66/9110 = 0,01 кВт/кг. (9.6)



10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная машина рассчитана в соответствии с заданными параметрами на курсовой проект. Каналокопатель разрабатывает канал параболического сечения, глубиной канала 1,6 м. Она способна работать на продольных уклонах в пределах 31є без снижения производительности. Рассчитанные детали на прочность способны работать при допустимых нагрузках.

Показатели каналокопателя:

-эксплуатационная производительность 250 м³/ч;

-удельная энергоемкость 264 Вт•ч/м³;

-удельная материалоемкость 32,4 кг•ч/м³;

-удельный расход топлива 0,265 кг/кВт?ч;

-энергонасыщенность 0,01 кВт/кг.



ЛИТЕРАТУРА

1. Государственная программа сохранения и использования мелиоративных земель на 2011 - 2015 годы (Постановление Соввета Министров Республики Беларусь от 31 августа 2010 г. №1262);

2. В.А. Скотников, А.А. Мащенский, В.Т. Радкевич «Мелиоративные машины для осушения болот», Минск «Вышэйшая школа» 1988;

3. Мажугин Е.И., Карташевич А.Н. Мелиоративные машины. Основы Теории и расчета, БГСХА. - Горки, 2008. -160 с;

4. Мелиоративные машины: методические указания к курсовому проектированию/Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; сост. Е.И. Мажугин. Горки, 2010. 80 с.

5. А.В. Кузьмин, и др. Расчеты деталей машин: Справ. Пособие/ А.В. Кузьмин, И.М. Чернин. Б.С, Козинцов. - 3-е изд. перераб. и доп. - Мн.: Выш. шк., 1986. - 400.: ил.;

6. Гидравлические машины: Метод. указ. к расчётно-графическим работам/ Сост. М.А. Жарский, А.В. Поздняков; Белорусская с.-х. Акад.-Горки, 1993.-60 с.;

7. Справочник молодого машиниста экскаватора / Сост. В.Н. Донской, В.П. Корнеев, В.А. Маркин, А.И. Филатов. - М.: Высшая школа, 1980. - 320 с.;

8. Шостак Я.Е.,Горнак А.М. Мелиоративные машины: Учеб. Пособие. - Мн.шк.,1991-211 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...