Параметры экскаватора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Назначение роторных траншейных экскаваторов

ротор траншейный экскаватор

Экскаваторы траншейные роторные (ЭТР) применяют на строительстве подземных коммуникаций (газо-, нефте- и продуктопроводов, водопроводов, теплофикационных сетей, кабельных линий связи, линий электроснабжения и других) для рытья траншей - выемок значительной протяженности по сравнению с размерами их поперечных сечений. Глубина вырываемых траншей ограничена и составляет 3 метра. Дальнейшее увеличение этого параметра затруднено, так как требует увеличения диаметра ротора и связанной с ним габаритной высоты, предельные размеры которой регламентированы условиями безопасного передвижения экскаватора при его перебазировании на новый объект под мостами, эстакадами, линиями электропередач и так далее.

Траншеи, получаемые в результате работы экскаватора, являются вспомогательным сооружением. В неё укладываются коммуникации (трубы, кабели энергоснабжения и связи и так далее), после чего её засыпают ранее вынутым грунтом, оставляя на неё валик как резерв на случай естественной осадки засыпанного в траншею грунта, а также для отвода дождевых вод. Роторные экскаваторы также используются для рытья траншей под ленточные фундаменты наземных сооружений.

Роторные экскаваторы эффективны для работы в однородных грунтах до категории IV включительно. Крупные каменистые включения снижают ресурс этих машин, приводят к частым отказам, простоям и дополнительным затратам на ремонтно-восстановительные работы. Современные роторные экскаваторы с рабочим органом, оборудованным износостойкими зубьями, способны разрабатывать высокообразивные мерзлые грунты с промерзанием на всю глубину траншеи. Они не могут работать на поперечных косогорах, а также на болотах со слабой несущей способностью, где проходимость машины ухудшается. В устойчивых грунтах траншея роется без откосов, а в менее устойчивых - с откосами, для чего рабочие органы дооборудуют пассивными ножевыми или активными цепными откосниками.

2. Описание кинематической схемы роторного траншейного экскаватора

Кинематическая схема экскаватора представлена на рисунке 2.

От вала двигателя 1 движение через дополнительный редуктор 2 передается коробке передач 3, а от нее к бортовым редукторам 12, которые приводят в действие звездочки гусеничного хода. У редуктора 2 имеется вал, соединенный на прямую с валом двигателя - для обеспечения транспортных скоростей передвижения (рабочие скорости обеспечиваются посредством переключения синхронизатора 13). Из коробки передач 3 выходит вал отбора мощности, который соединен с раздаточным редуктором 6.

В рабочем положении основной поток мощности от раздаточной коробки через дифференциал 7 и цепные передачи 8 передается звездочкам привода ротора 11. От валов звездочек движение передается реверсивному редуктору 9, а от него через цепные передачи к приводным барабанам конвейера 10. Привод ротора через дифференциал 7 обеспечивает равномерное распределение нагрузок между двумя ветвями цепных передач и цевочных зацеплений привода ротора. При таком решении необходимо обеспечить поперечную жесткость ротора для воспринятая несимметрично приложенных нагрузок к ковшам во время копания. Между раздаточным редуктором и дифференциалом установлена муфта предельного момента, которая срабатывает при встрече с непреодолимым препятствием и снижает динамические нагрузки в трансмиссии.

3. Расчет основных параметров машины

Удельная работа копания

График распределения температуры Т, числа ударов С плотномером ДорНИИ и удельной работы копания Е по глубине траншеи строится с использованием данных [5 табл. 3.1.], а также учитывая, что удельная работа копания прямо пропорциональна числу ударов С, причем при С=12 величина Е = 260000 Нм^-2.

Затем определяется средняя величина удельной работы копания Е_с. Для этого траншея разбивается на 12 слоев по глубине, в середине каждого i-го слоя определяется температура, число ударов и удельная работа копания.

Средняя величина удельной работы копания E_c, Нм^-2:

,

где j - число слоев (j = 12);

Е_i - удельная работа копания i-го слоя, Нм^-2;

h_i - толщина i-го слоя, м (h_i = 0,1 м).

Значение Е_i определяется графически из графика на рисунке 4. Значения температуры Т, числа ударов плотномером ДорНИИ С и удельной работы копания E в середине каждого слоя по глубине разрабатываемой траншеи представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Удельная работа копания Е в зависимости от температуры T и числа ударов C (в середине каждого слоя по глубине разрабатываемой траншеи).

Слой	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12-18
С, уд.	342	335	326	313	283	215	182	160	136	112	91	70
Еvi · 1 05, Н·м-2	74,1	72,6	70,6	67,8	61,3	46,6	39,4	34,7	29,5	24,2	15,2	19,7

= 36,3 Нм^-2.

Мощность дизеля

Баланс мощности при копании

где N_E - расчетная мощность дизеля, кВт;

_ВЫХ - коэффициент снижения выходной мощности дизеля (_ВЫХ = 0,9 [1]);

N_РО - мощность на привод рабочего органа, кВт;

N_КОНВ - мощность на привод конвейера, кВт;

N_ПЕР - мощность на привод передвижения при рабочем ходе, кВт;

N_СУ - мощность на систему управления (положением рабочего хода и конвейера), кВт.

В начальной стадии, когда не известны скорости рабочего хода, размеры рабочего орга-

на, конвейера и другие параметры машины, определить достоверно мощности на привод каждого из механизмов невозможно, поэтому ориентировочно примем

,

Мощность на привод конвейера N_КОНВ, кВт:

где m - эмпирический коэффициент пропорциональности, кВтч/м³ (m = 0,05 кВтч/м³ [1]);

П_Т - техническая производительность экскаватора, м³/ч (П_Т = 60 м³/ч [см. задание]);

_ПК - КПД привода конвейера (_ПК = 0,6 [1]).

кВт.

Мощность на привод рабочего органа N_РО, кВт:

,

где N_КОП - мощность, затрачиваемая на копание грунта, кВт;

_ПР - КПД привода рабочего органа, (_ПР =0,7).

,

где E_V - удельная работа копания рабочими органами траншеекопателей

(E_V =36,3Нм);

_РО - КПД рабочего органа (_РО = 0,9 [1]).

кВт.

N_ПОД - мощность, затрачиваемая на подъем грунта до уровня разгрузки ковшей, кВт:

,

где - удельный вес грунта, Н/м³ ( = 17836 Н/м³ [1]);

h₀ - расстояние от уровня стоянки экскаватора до уровня, где происходит разгрузка ковшей, м (принято h);

h_ЦТ - высота подъема грунта из забоя до уровня стоянки, равная расстоянию от центра тяжести поперечного сечения траншеи до уровня стоянки, м:

,

м;

кВт;

кВт.

Сумма мощностей на привод передвижения при рабочем ходе и на систему управления:

кВт.

Из формулы (2) найдем :

кВт.

По справочнику [4] выбран двигатель ЯМЗ - 236 с мощностью P=132,3 кВт.

Скорость рабочего хода экскаватора

,

где А_ПС - площадь поперечного сечения траншеи, м²:

м²;

м/ч. = 0,0075 м/с.

4. Расчет основных параметров рабочего органа роторного траншеекопателя

Диаметр ротора и скорость вращения

Диаметр ротора по зубьям, м:

,

где h - глубина копания, м (h = 1,8 м [см. задание]).

м.

Радиус ротора по ковшам R_К, м:

,

м.

Наружный радиус диска ротора R_Н, м:

,

м.

Внутренний радиус диска ротора R_В, м:

,

м.

Высота сечения кольца h_К, мм:

мм.

Толщина сечения кольца _К, мм:

мм.

Угловая скорость вращения ротора принимается из условия гравитационной разгрузки ковшей.

,

где - критическая угловая скорость, при которой центробежная сила инерции, действующая на частицы в ковшах, находящихся в зоне разгрузки, уравновешивает их силу тяжести, рад/с. Окружная скорость ротора _Р находится в пределах (1,6…2,7) м/с.

ротор траншейный экскаватор

где g - ускорение свободного падения, м/с² (g = 9,81 м/с),

с

с

Окружная скорость ротора _Р, м/с:

,

м/с.

Определение основных параметров ковша

Число ковшей на роторе z_К:

шт.

Принимаем [4] - для улучшения разрушающей способности ротора путём введения между ковшами дополнительных режущих комплектов. Тогда ; .

Вместимость ковша из условия обеспечения заданной производительности q, м³:

,

где П_Т - техническая производительность, м³/ч (П_Т = 60 м³/ч);

_Р - коэффициент разрыхления (_Р =1,2 [4]);

_Н - коэффициент наполнения (_Н = 0,7 [4]).

м³.

Ширина ковша, м.:

, м.

Длина ковша:

При условии , высота ковша 0,11 м, ковш достаточно мал.

При условии :

Тогда высота ковша Данное условие также не подходит, так как ковш не будет обеспечивать требуемого зачерпывания из-за малого значения своей высоты , поэто-му искусственно изменяем размеры ковша с соблюдением величины вместимости ковша.

Принимаем

Проектирование схемы размещения резцов

Ширину лезвия резца принимаем равной 35 мм. [4], при .

Расстояние между смежными траекториями резания:

мм.

Необходимое число линий резания z_Л:

.

Число групп режущих комплектов на рабочем органе:

,

Принимаем u=2 при h [4].

где m - число режущих комплектов в группе, разрушающей грунт по всей ширине траншеи:

,

где - число резцов в режущем комплекте,

=2 линии

Уточняем Z:

.

Уточняем по () a:

a=0,051 м.

6. Расчет рамы ротора

За расчетное положение принимается такое сочетание условий и нагрузок, при которых ротор, встретившись в забое одним ковшом с непреодолимым препятствием, вывешивается вместе с рамой, конвейером и задней опорой на зубьях этого ковша; при этом от трансмиссии при срабатывании муфты предельного момента на ротор передаётся максимальный вращающий момент. Расчетная схема представлена на рисунке 7

На ротор действуют силы:

касательная сила в зацеплении с зубчатыми венцами колес, Н;

G - вес рабочего оборудования (принято G=60000 Н на основе конструктивных особенностей);

опорные (нормальные) реакции опорных роликов 1 и 2, Н;

касательная сила на режущей кромке ковша, Н.

Касательная сила в зацеплении , Н:

;

где максимальный вращающий момент на роторе, Н м;

радиус основной окружности зубчатого венца, м ();

коэффициент запаса по крутящему моменту муфты предельного момента;

угловая скорость вращения ротора, рад/с. ();

коэффициент точности срабатывания муфты;

мощность на привод ротора, Вт ();

Сила определяется из условия равенства моментов от сил и относительно оси вращения ротора.

 ,

Силу определяем по формуле из силового прямоугольного треугольника, составленного силами F, Fn и Fk. Угол между силами F и Fk составляет 45 градусов, тогда:

Тогда :

Далее необходимо определить неизвестные реакции опорных роликов.

Определять реакции будем методом плана сил (рисунок 8).

Изначально составляем векторное уравнение:

Определяем масштаб плана сил:

После построения всех сил получили силы: ,

После определения действующих нагрузок на раму рабочего оборудования, мы определяем сечение балки.

Расчет усилий, действующих в верхней раме, проводится с применением программы RADUGA. Результаты вычислений представлены в приложении 2.

Подбор швеллера проводим из условия четвертой теории прочности - теории наибольших касательных напряжений.

;

где нормальные напряжения в сечении на расстоянии y от оси х-х, Па:

,

где момент инерции ().

- касательное напряжение в сечении на расстоянии y от оси x-x:

,

где статический момент инерции отсеченной части сечения, .

ширина сечения на расстоянии y от оси х-х, м.

,

где A - площадь отсеченной части, ;

- расстояние от центра тяжести швеллера - до центра тяжести отсеченной части.

Принимаем материал для швеллера - Сталь 09 Г2С [2]. Допускаемые напряжения:

где n₀ - коэффициент запаса прочности, n₀ =1,4 [3].

МПа.

Принимаем швеллер №24а (рисунок 9) с площадью поперечного сечения , моментом инерции относительно оси x .

Проверка прочности в точке 1:

, т.к. =0.

Расчетные усилия уменьшаем вдвое, т.к. рама состоит из двух швеллеров.

,

Тогда по формуле (31):

Недогрузка составляет 2,12%, что допустимо.

Проверяем прочность в точке 2:

Площадь отсеченной части:

,

Статический момент отсеченной части по формуле (34):

.

Касательные напряжения по формуле (33):

.

Нормальные напряжения по формуле (32):

.

Допускаемые напряжения по формуле (32):

Недогрузка составляет 2,12%, что допустимо.

Проверяем прочность в точке 3:

, т.к. =0

Касательные напряжения по формуле (33):

.

Допускаемые напряжения по формуле (32):

Условие выполняется, следовательно, швеллер выбран правильно.

На устойчивость швеллер проверяем по условию:

,

,

где f - прогиб;

l - длина проверяемого участка;

Е - модуль упругости стали, Е = 2,1·10¹¹;

I - момент инерции [2];

- допустимый прогиб, .

м,

.

Условие (36) выполняется.

Проверка сварных швов на прочность

Для расчета сварных соединений в нижней раме выбрали профиль - уголок №6 [2].

Силы, действующие в сварных швах, определяем из приложения 2.

Принимаем катет шва - 6 мм и длину шва - 60 мм исходя из размеров швеллера.

Проверка по нормальным напряжениям:

Соединение стыковое, тогда проверка ведется по 4-й теории прочности (см. формулу (31)).

где проверка по продольному усилию и изгибающему моменту.

,

где А_ш - площадь шва;

- допустимые напряжения шва в материале (Сталь 09 Г2С) =185МПа.

МПа.

Проверка по изгибающему моменту:

,

МПа.

Тогда

.

Проверка по касательным напряжениям:



Напряжения в сварном шве не достигают максимальных значений, т.к. шов находится в неопасном сечении.

Определение усилий и подбор гидроцилиндров

Расчет усилий, действующих во всех элементах, проводится с применением программы RADUGA. Результаты вычислений представлены в приложениях 1 и 2.

Подбор гидроцилиндров проводим по максимальным продольным усилиям в них (прил. 1, 2).

Диаметр цилиндра определим из уравнения:

,

откуда

,

где F_шт - сила на штоке;

p_ном - номинальное давление в гидросистеме, p_ном=16 МПа;

з_цгм - гидромеханический КПД цилиндра, з_цгм=0,95;

D - диаметр цилиндра.

Диаметр цилиндра в рабочем режиме:

м,

Диаметр цилиндра в транспортном режиме:

м.

Принимаем гидроцилиндр диаметром 50 мм.

Ход штоков соответственно: l =1400 мм [4].

Расчет проушины

Расчет проушины ведем по нормальным напряжениям в гидроцилиндре подъема ротора.

Расчет сводится к определению диаметра оси шарнира и ширины проушины.

Расчет оси проводится из условия работы на срез, а кольца - на смятие.

Расчет оси:

,

где - число плоскостей среза, ;

- площадь среза;

- допускаемые касательные напряжения в оси, .

Принимаем материал оси - Сталь45, МПа,

МПа, МПа.

Из условия (44) определяем диаметр оси:

,

м.

Расчет кольца:

,

где - допустимые напряжения смятия, ;

- ширина кольца.

Принимаем материал проушины - Сталь 14Г2, МПа, МПа, МПа [3].

Из (43) получаем:

,

м.

Размещено на Allbest.ru

...