Экскаваторное оборудование с зубьями ковша активного действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

Курсовой проект

По дисциплине «Проектирование подъемно-транспортных, строительных, дорожных средств и оборудования»

На тему «Экскаваторное оборудование с зубьями ковша активного действия»

«Транспортное строительство»

Мартюченко Игорь Гаврилович

Саратов 2021



Оглавление

Введение

1. Анализ современных способов и средств механизации работ

1.1 Анализ современных способов и т ехнологий производства работ

1.2 Анализ современных конструкций ковшей активного действия

1.3 Технические требования к проектируемой машине

1.4 Предложение по техническому решению конструкции машины

2. Расчет рабочего оборудования

2.1 Определение усилия на штоке

2.2 Выявление оптимального варианта проектируемого гидропривода

2.3 Определение рабочего и номинального расхода рабочей жидкости

2.4 Выбор типоразмера насоса

3. Проектирование и расчет принципиальной схемы гидропривода

3.1 Разработка принципиальной схемы гидропривода

3.2 Приближенный расчет показателей надежности на стадии проектирования

4. Проектирование и расчет гидролиний

4.1 Выбор конструктивных типов основных видов гидролиний

4.2 Расчет гидролиний

4.3 Построение эпюры изменения давления по длине гидросистемы

5. Проектирование и расчет гидродвигателя и гидробака

5.1 Расчет гидродвигателя

5.2 Выбор уплотнений

5.3 Конструкция и расчет гидробака

5.4 Выбор двигателя

Заключение

Список используемой литературы



Введение

С ростом промышленности и энергопотребления, перед человечетсовм возникает проблема добычи ресурсов. При этом подземные ресурсы необходимо добывать в различных регионах. Главный критерий необдходимости разработки грунта - наличие полезных ископаемых и их количество. Если с разработкой грунта стандартными землеройными и строительными машинами в регионах с теплым и умеренным климатом проблем не возникает, то в зонах с пониженной температурой и в регионах с грунтом вечной мерзлоты разработка грунта замедляется в десятки раз. Грут разрабатывается не только для добычи ресурсов, но и для всех видов строительных работ. В данной курсовой работе будут рассмотрены методы разработки мерзлого грунта и спроектировано оборудование для экскаватора с зубьями активного действия.



1. Анализ современных способов и средств механизации работ

1.1 Анализ современных способов и т ехнологий производства работ

В зонах пониженной температуры грунт имеет гораздо большую прочность и твердость. Это связано с водой, содержащейся в грунте, так как при отрицательной температуре она замерзает и образует гораздо более прочные соединения частиц грунта. Таким образом, в зонах вечной мерзлоты грунт имеет высокий показатель прочности.

Нескалььные мерзлые и немерзлые грунты разбиты на восемь категорий по числу ударов динамического плотноера (ударника ДорНИИ).

Категория грунта определяется числом ударов, которые необходимы для погружения в грунт на глубину 10 см цилиндрического стержня плотномера площадью 1 см2 под действием груза весом 25 Н, падающего с высоты 0,4 м и производящего за каждый удар работу в 10 Дж. Категории грунта изображены на рисунке 1.

Рисунок 1 - категории мерзлого грунта по сложности разработки.

Для разработки такого грунта применяются различные методы, которые будут описаны далее.

Предохранение от промерзания.

Данный метод Предохранение от промерзания или уменьшение глубины промерзания производят с помощью увеличения пористости грунта путем: вспахивания грунта, утепления его теплоизоляционными материалами и внесением растворов с низкой температурой замерзания ( CaCl2, NaCl). Предохранение выполняют задолго до наступления холодов путем его вспахивания с боронованием, глубинного рыхления, укрытия утепляющими материалами и химической обработки.

Для вспахивания грунта применяют различные плуги с глубиной рыхления не менее 35 см и рыхлители с глубиной рыхления 50-70 см. Затем грунт боронуется на глубину 15-20 см. При глубоком рыхлении (на глубину 1,3 - 1,5 м) используют одноковшовые экскаваторы с ковшом вместимостью 0,4-0,65 м3, при этом грунт разрабатывается навымет и укладывается на место смежной (предыдущей) проходки.

В качестве утепляющих материалов используются местные материалы: сухие листья, торф, опилки, солома, камыш, шлак и др. Могут применяться и полимерные материалы: пленки, пенопласт и т.д. Иногда грунт перед вспахиванием подвергают химической обработке, т.е. прибегают к пропитке поверхностного слоя грунта хлористым кальцием и натрием, нитрит- нитратом натрия, которые понижают температуру замерзания воды в грунте (до -30°С).

Минус метода в том, что когда грунт не удалось своевременно предохранить от замерзания, и по графику работ грунты необходимо разрабатывать в зимнее время, т.е. в мерзлом состоянии, то в этом случае приходится либо их оттаивать, либо разрабатывать в мерзлом виде с использованием рыхлителей. Также данный метод неприменим в зонах вечной мерзлоты, потому что грунт не оттаивает.

Рыхление

Рыхление мерзлых грунтов применяют в случаях, когда их мощность превышает 40 см. Рыхление производят взрывами или механическим дроблением и резанием.

При малой глубине промерзания грунт рыхлят с помощью тракторных рыхлителей (до 0.7 м).. При большей глубине рыхление ведут сколом клиньями или дроблением ударами или дисковыми и баровыми щелерезными машинами, а также взрывным способом. (Рисунок 2).

Данный метод применяется активнее певого, но имеет недостатки в виде ограниченной толщины грунта для применения метода ( до 0,7 м), а также необходимость в наличии двух машин ( рыхлитель и экскаватор).

Рисунок 2 - Способы рахления мерзлого грунта. А) Б) В) - Рыхление механическими способами (трактор-рыхлитель, ударный способ - клинья); Г) Дисковыми нарезными машинами; Д) Баровыми щеленарезными машинами.

Разработка без предварительных операций мощными машинами.

Непосредственная разработка грунта без рыхления возможна при небольшой глубине промерзания до 0,25 м обычными мелкими экскаваторами, а при глубине до 0,4 м крупными строительными экскаваторами. Разработка грунта экскаваторами при отрицательных температурах затрудняется намерзанием грунта. Намерзание имеет место и в кузовах автосамосвалов. Это уменьшает полезную емкость ковша и кузова, увеличивает продолжительность погрузки и выгрузки. Ручная очистка очень трудоемка, поэтому применяют специальные меры:

периодическая поливка ковшей и кузова растворами хлоридов;

* обмазка кузова смесью битума с отработанным маслом и покрытие сверху слоем раствора CaC2.

Для обогрева кузова применяются также выхлопные газы, которые пропускаются по каналам в днище кузова.

Основным условием успешной разработки грунта в зимних условиях и предотвращение его от замерзания является большая скорость и непрерывность разработки забоя. Слой снега следует убрать только перед непосредственной разработкой забоя.

Недостаток данного метода заключается в ограниченности глубины промерзания (до 0,4 м) при разработке крупными экскаваторами, что практически исключает его использование в большинстве холодных регионов.

Оттаивание мерзлых грунтов.

Данный метод подразумевает прогрев мерзлого грунта газовыми или другими горелками. Недостатками данного метода являются:

Большая стоимость работ из-за повышенного расхода горючего материала.

Ограниченность толщины отогреваемого грунта за один проход.

Необходимость в постоянном поддержании пламени горелки.

Анализ современных конструкций машин и оборудования для производства работ.

Данная работа заключается в разработке и проектировании оборудования с зубьями активного действия, далее будет рассмотрена суть метода и патенты на конструкции с зубьями активного действия.

Для подготовки и разработки скальных и мерзлых грунтов применяют также ковши прямых и обратных лопат экскаваторов с зубьями активного действия.

На рисунке 3 представлен ковш с зубьями активного действия, предназначенный для механической разработки мерзлых и скальных грунтов. Эти ковши отличаются от обычных наличием ударных зубьев с пневмомолотами, установленными в корпусе передней стенки ковша.



Рисунок 3 - Ковш с зубьями активного действия.

1 -- компрессор; 2 -- ресивер; 3-- рукав от компрессора к экскаватору; 4 -- горизонтальная труба; 3-- флюгерное устройство; 6 -- промежуточная опора; 7 -- рукав от экскаватора к ковшу; 8 -- ковш; 9 -- манометр

Сжатый воздух к пневмомолотам поступает от передвижного компрессора.

Применение таких ковшей на строительстве вторых путей железных дорог позволило осуществлять работы без остановки движения. Особенно эффективно применение таких ковшей на разработке мерзлых грунтов.

Сменный ковш прямой лопаты с зубьями активного действия значительно увеличивает производительность при разработке скальных грунтов по сравнению с разработкой их отбойными молотками.

Только за два года эксплуатации экскаватора с таким ковшом удалось высвободить большое число рабочих от тяжелого ручного труда и обеспечить экономический эффект.

На рисунке 4 изображен ковш активного действия.



Рисунок 4 - ковш активного действия. 1 -- зуб; 2 -- ограничитель; 3 -- эксцентрик; 4 -- гидромотор

Ковш позволяет с достаточной точностью разрабатывать дно и откосы котлованов и траншей, допускает проведение работ в черте города и в стесненных условиях строительных площадок и действующих объектов. Ковш эффективен также для работы под водой при отрывке прибрежного котлована.

1.2 Анализ современных конструкций ковшей активного действия

В данном разделе будут рассмотрены патенты на конструкции ковшей с зубьями активного действия.

Патент RU 2 023 115 C1 КОВШ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ

Использование: в землеройных машинах для разработки мерзлых грунтов. Сущность изобретения: ковш комбинированного действия содержит днище, боковые и заднюю стенки, подвижные режущие элементы. Режущие элементы соединены своими корпусами через шатуны с эксцентриками приводного вала. Каждый режущий элемент выполнен из наружного и внутреннего зубьев. Наружный зуб имеет П-образный вырез, в котором размещен внутренний зуб. Внутренний зуб через стержень, поршень-боек, перемещающийся в полом цилиндре, и наклонный шатун соединен со своим эксцентриком. Этот эксцентрик смещен на 180° относительно эксцентрика корпуса режущего элемента.

Ковш данного типа показан на рисунке 5.

Рисунок 5 - Ковш комбинированного действия.

Работает предлагаемый ковш следующим образом. При вращении приводного вала 4 шатун 13 перемещает цилиндр 6, совершающий возвратно-поступательное движение в корпусе 5. В процессе движения цилиндра между цилиндром и поршнем-бойком 7 возникает разрежение воздуха, что заставляет боек двигаться за цилиндром. При ходе цилиндра вперед к забою происходит встречное движение его с бойком. Воздух, сжимаясь в подвижном цилиндре, заставляет боек остановиться, а затем, двигаясь с ускорением вперед, ударяя по стержню 8 внутреннего зуба 22. Компенсационная система состоит из кольцевой выточки 16, отверстий 15 в цилиндре и каналов 17 в поршне-бойке.

В предлагаемом ковше комбинированного действия сочетается ударная нагрузка на внутренний зуб, ударно-отрывное воздействие на грунт наружного и внутреннего зубьев в процесс свободного резания зубьями.

Тем не менее, конструкция имеет большое количество трущихся частей и является нерациональной со стороны сборки изделия и его циклопрочности.

Патент RU 2 599 753 C1 КОВШ АКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭКСКАВАТОРА

Изобретение относится к горной и строительной технике. Ковш активного действия экскаватора содержит корпус и силовой исполнительный орган в виде механизмов ударного действия с толкателями, рабочими зубцами и ограничителями их хода, а также с возвратными элементами. Изобретение относится к области горных машин и строительства, а также к вибротехнике, а именно к регулируемым ударным и вибрационным машинам, и может быть использовано при добыче полезных ископаемых невзрывными способами и выемке мерзлых грунтов.

На рисунке 6 приведена конструкция предлагаемого КАДЭ, который содержит литой массивный корпус-ковш 1, в днище которого в подшипниках 2 расположен массивный вал 3 с эксцентриками, равномерно размещенными по длине вала и смещенными по окружности на 360/n градусов (на чертеже показан один эксцентрик 4). Внутри концов 5, 6 вала 3 расположены приводные двигатели КАДЭ 7, 8, закрепленные на боковых стенках 9 ковша, а валы 10,11 двигателей механически связаны с массивным валом 3 соосно вдоль его оси вращения 12. Каждый из n эксцентриков массивного вала, смещенный относительно центральной оси 12 на величину е эксцентриситета 13, связан с вилкообразным концом 16 толкателя 14 со сферическим наконечником 15, взаимодействующим с рабочим зубцом 15. Толкатель 14 сферической опорой 15 опирается в задний торец 18 рабочего зубца 19, имеющий ограничители хода 20, 21 относительно корпуса ковша, снабженного ограничительными упорами 22. Рабочий зубец 19 имеет на конце сменную ударную пику 23, упирающуюся при работе в горный массив 24. Приводные двигатели 7, 8 соединены линиями питания 25, 27 и линиями управления 26, 28 с частотно-регулируемым электроприводом (на чертеже не показано), расположенным внутри экскаватора, подключенного к промышленной электросети или имеющего свою дизель-электрическую станцию необходимой мощности.

КАДЭ работает следующим образом. При подключении к источнику питания посредством линий 25, 26, 27, 28 двигатели 7, 8 через валы 10, 11 начинают вращать массивный вал 3 вокруг его центральной оси 12. Массивный вал 3 вращается в подшипниках 2, установленных в боковых стенках 9 корпуса и днища (на чертеже не показано) ковша 1. При вращении вала 3 n эксцентриков 4 с эксцентриситетами 13, контактируя с вилкой 16 толкателя 14, перемещают сферическими наконечниками 15 рабочий зубец 19. При этом вилкообразный толкатель 14 опирается вилкой 16 на выступающую часть эксцентрика 4 и перемещается на расчетную величину хода 17, то есть на величину е эксцентриситета 13 в поперечном валу 3 направлении, обеспечивая эффект работы кривошипа. Толкатель 14 сферическим концом 15 упирается в задний торец 18 рабочего зубца 19, положение которого устанавливается упорами 22 корпуса ковша 1 при их контакте с ограничителями хода 20, 21 рабочего зубца. В переднем торце рабочего зубца 19 установлена сменная пика 23, упирающаяся при работе в горный массив 24, разрушая его.

Рисунок 6 - Ковш активного действия.



Данная конструкция является рациональной со стороны технологии производства и технологии заментов рабочих элементов. Но имеет следующие недостатки:

С увеличением числа рабочих зубьев сложность ремонта и производства увеличиваются многократно, т.к. резко возрастают требования к точности изготовления приводного вала.

Не в каждом случае необходима установка двух двигателей.

Электродвигатели не всегда пригодны на рабочих органах экскаватора, рациональнее поставить гидромотор.

Патент RU 2 002 907 C1

Ударный зуб экскаваторного ковша активного действия

Использование: горное дело и строительство, в частности устройства для экскавацией перемещения дгт разрушения и выеми горных пород средней крепости, например в экскаваторных ковшах активного действия.

Сущность: в ударном зубе экскаваторного ковша активного действия клин 5 и С-образная скоба 4 выполнены с возможностью стабилизации натяжения между коронкой 1 и хвостовиком 3. Коронка 1 установлена с зазором между боковыми поверхностями хвостовика 3 и с возможностью взаимодействия с торцевыми повер хностя- ми хвостовика 3. Стабилизация натяжения может быть осуществлена за счет выполнения торцевых поверхностей хвостовика 3 и ответных им поверхностей коронки 1 в виде двух цилиндрических поверхностей, расположенные по краям. Стабилизация натяжения может быть также осуществлена за счет выполнения С-образной скобы 4 с криволинейной вертикальной стенкой. Клин 5 может быть выполнен с загнутым в сторону С-образной скобы 4 тонким концом.



Рисунок 7 - Ударный зуб активного действия.

Данная конструкция зуба активного действия является новшеством, имеет возможность натяжения между коронкой и хвостовиком и имеет возможность закрепления в корпусе ковша.

Тем не менее, конструкция является сложной со стороны технологии производства деталей и сборки. Компоновка имеет в себе много деталей, работающих на изгиб. Наличие возвратного механизма позволяет рационально использовать предыдущий патент - ковш активного действия.

1.3 Технические требования к проектируемой машине

Базовая машина - САТ 330 DL.

Техническая характеристика экскаватора САТ 330 DL

Наименование показателей	Величины
1	2
Марка дизеля	CAT-540CT
Мощность двигателя, л.с.	540
Ходовое устройство	Гусеничное
Управление:
гидрораспределителями	Рычажное с сервоуправлением
Вспомогательными механизмами	Рычажное
Скорости передвижения, км/ч	0,98-1,93; 1,95-3,85; 4,94-9,75;
Частота вращения поворотной платформы. Об/мин	14
Преодлеваемый экскаватором уклон пути;град	30
Давление, МПа:
В гидросистеме	30
В гидросистеме сервоуправления	3-3,5
Угол поворота рабочего оборудования, град	Полноповоротное
Масса экскаватора с оборудованием обратной лопаты, кг	32
Вместимость ковша, м3:
При работе прямой лопатой	2
При работе обратной лопатой с удлиненной рукоятью	2
При работе обратной лопаты с удлиненной рукоятью	1,8

Давление в гидравлической системе - 16 МПа

Тип оборудования - Ковш с зубьями активного действия

Глубина разработки за один заход - 0,2 м

Оборудование должно обеспечивать разработку мерзлого грунта без помощи вспомогательных средств и машин

Оборудование должно быть навесным и сниматься со стрелы в течение 1 часа работы.

Зубья должны иметь заменяемые изнашиваемые элементы.

1.4 Предложение по техническому решению конструкции машины

Учитывая дороговизну и сложность зубьев активного действия, рациональным будет являться решение уменьшение количества активных зубьев. Идея конструкции заключается в совмещении ковша-рыхлителя (рисунок 8) и зубьев активного действия.

Рисунок 8 - Ковш-рыхлитель.

Оборудование будет иметь в себе один зуб активного действия, который будет располагаться посередине ковша.

Далее будут представлены расчеты и технологическое обоснование применения данной конструкции.



2. Расчет рабочего оборудования

Рабочее оборудование экскаватора включает стрелу, рукоять и ковш с гидроцилиндрами. Кинематическая схема гидравлического механизма рукояти экскаватора приведена на рисунке 9. Гидроцилиндр рукояти шарнирно прикреплен к стреле в точке О. Шток гидроцилиндра прикреплен к рукояти в точке С. Рукоять соединена со стрелой в точке D. В конце рукояти, в точке А, приложена внешняя нагрузка Q. Вес рукояти Gр приложен к центру тяжести рукояти в точке В. Вес гидроцилиндра со штоком Gц приложен в точке Е. проектируемый гидропривод двигатель насос

2.1 Определение усилия на штоке

Определение усилий на штоке:

D01 = D01D+D02+D01d,

где

D01D - составляющая от резания грунта;

D02 - составляющая от наполнения ковша;

D01d - составляющая от резания ковша о грунт.

Нормальная составляющая реакция грунта от копания:

D02 = уynbрg,

где

у =12,5 кг/см2 максимальный предел прочности грунта при смятии;

y= 3 см - проекция контура износа режущей кромки на касательную траектории резания;

n=5 - число зубьев ковша;

bр=15 cм - ширина зуба ковша;

g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падение.

Составляющая от резания грунта:

D01d=[фhc(Bk+ hc)(0,55+0,015б)+уnbр+µуnbр)]g,

где

ф =1,25кг/см2 - максимальный предел прочности грунта при срезе;

hc - толщина срезаемой стружки;

Bk=1,5 - ширина ковша;

б = 490 - передний угол резания;

z= 0,8 см - проекция износа режущей кромки на нормаль к траектории;

µ=0,5 - коэффициент трения стали о грунт.

Толщина срезаемой стружки (hc) определяем, исходя из условия наполнения ковша на 135% при коэффициенте разрыхления Кр=1,35 наполнение ковша происходит при полном его повороте на 1520.

Объём грунта в ковше:

,

где

=2 м3 - вместимость ковша;

- коэффициент наполнения ковша;

R, hc - см. рисунок

,



Решив уравнение получим - hC = 0,15м = 15 см.

P01P = [1,25·15·(120+15)·(0,55 + 0,015·49) + 12,5·(0,6·5·8+0,5·3·5·8)]·9,81 = 42201 Н.

Составляющая от наполнения ковша

,

где

II = 0,6 м - высота наполнения ковша;

с = 2,0 т/м3 - плотность грунта в плотном теле;

цi - угол между двумя соседними положениями траектории копания;

м = 1,0 - коэффициент трения грунта о грунт.

,

Ei

После подстановки расчетных величин получим:

Примем цi = 90°. Тогда cos цi = 0 и Р01Н = 0.

Составляющую Р01Т не учитываем ввиду ее малого значения. Тогда касательная составляющая реакции грунта копанию:



Р01 = Р01Р = 42209 Н.

Нормальная составляющая реакции грунта копанию:

Р02 = 12,5·3·5·8·9,81 = 14715 Н.

2.2 Выявление оптимального варианта проектируемого гидропривода

Выбор типа гидродвигателя

В качестве гидродвигателя выбираю и проектирую гидроударное устройство, который имеет принцип работы гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком.

Рисунок 2.1 - Гидроударное устройство

Работа гидроударного устройства происходит следующим образом (см. рис. 2.1). В начале такта поршень-боек 6 и золотник 7 находятся в нижнем положении под действием сил тяжести. Рабочая жидкость поступает по каналу в кольцевые выточки А и Б золотниковой коробки и будет создавать давление на золотник снизу. Одновременно рабочая жидкость, проходя по каналу 2, будет давить на верхний обрез золотника сверху. Но поскольку вся надпоршневая полость через канал 3 соединена с маслобаком, давление на золотник сверху будет несколько меньше, чем снизу, он займет верхнее положение. Тогда рабочая жидкость поступит по выточкам А и Б и далее по каналу 4 под поршень-боек и будет перемещать его вверх, т.е. начинается холостой ход. Жидкость из верхней полости во избежание противодавления будет отводиться в маслобак по каналам 3 и 5. Когда поршень-боек, перемещаясь вверх, перекроет эти каналы, то в верхней полости создается давление, действующее на золотник сверху, и он будет находиться в состоянии равновесия. При дальнейшем движении поршня-бойка вверх открывается канал 3, жидкость начнет уходить в маслобак по каналам 3 и 4, давление на золотник снизу упадет, и он перейдет в нижнее положение. Тогда рабочая жидкость поступит по каналу 2 и под его давлением поршень-боек переместится вниз. жидкость из надпоршневого пространства будет отводиться в маслобак по каналу 3. При движении вниз поршень-боек открывает канал 5, в который поступает рабочая жидкость, создавая давление на золотник снизу. Золотник будет находиться в состоянии равновесия (под действием давления сверху и снизу) до тех пор, пока поршень-боек в крайнем нижнем положении не откроет канал 3. Тогда рабочая жидкость из надпоршневого пространства будет выходить в маслобак, давление на золотник сверху уменьшится, и он переместится в верхнее положение, заставляя поршень-боек подниматься вверх.

2.3 Определение рабочего и номинального расхода рабочей жидкости

Индивидуальный расход жидкости:

,

где

ky=1,2 - коэффициент запаса по усилию;

Рнагр=14715 Н - нагрузка на цилиндр;

Vi=0,25 м/с - скорость штока.

Минимальный расход:

,

где

kd - коэффициент диаметра штока, определяется по табл. 4.1;

k2 - коэффициент закрепления цилиндра, определяется по таблице 4.2.

Таблица 2.1. Значения коэффициента kd

Рабочее давление p, МПа	Значение коэффициента kd
Менее 1,6	0,3
1,6 … 4,0	0,5
Более 4,0	0,7

Таблица 2.2. Значение коэффициента k3

Способ закрепления	k3	Способ закрепления	k3
	0,5		1,0
	0,7		1,5
	2,0		2,0



Таблица 2.3. Расчетные значения расхода, л/мин

Давление, Р	Требуемый расход, Qi	Нормируемый расход по ГОСТу	Максимальный расход , Qmax	Минимальный расход, Qmin
2,5	105,948	100	133	17,93926002
4	66,2175	63	204,2	17,93926002
6,3	42,04285714	40	204,2	6,223824904
10	26,487	25	200	6,223824904
12,5	21,1896	20	252	6,223824904
16	16,554375	16	252	6,223824904
20	13,2435	12,5	356	6,223824904
25	10,5948	10	356	6,223824904
32	8,2771875	8	346	6,223824904

Рисунок 2.2 - Диаграмма давления проектируемого гидропривода



2.4 Выбор типоразмера насоса

Таблица 2.4. Номенклатура насосов с наибольшей номинальной подачей



КПД насоса:

,

где

;

- угловая скорость насоса;

Qном - номинальная подача насоса.

Удельная мощность гидропривода:

Удельная мощность гидропривода:

,

Результаты расчетов занесены в таблицу 2.5

Таблица 2.5. Параметры насосов

Давление Р, МПа	Типоразмер насоса	Номинальный Расход, л/мин	Масса гидромашины, кг	КПД	Мощность двигателя, Вт	Удельная мощность привода, Вт/кг
2,5	Г11-25	133	17	0,81	6519,61	383,51
	2Г12-55АМ-4	97	58	0,69	4754,90	81,98
4	НПл 40/6,3	35,7	9,7	0,25	2800,00	288,66
	Г12-26АМ	204,2	36	0,33	16015,69	444,88
	100Г12-25А	200	48	0,33	15686,27	326,80
6,3	НШ-98	142,1	18,8	0,30	17553,53	933,70
	БГ12-42	16,7	3,7	0,94	2062,94	557,55
10	18БГ12-22	36	15,8	0,75	7058,82	446,76
	БГ12-26АМ	200	36	0,13	39215,69	1089,32
12,5	НПл 25/16	33	52,8	0,65	8088,24	153,19
	210.32	252	88	0,08	61764,71	701,87
	2Г13-36МС	200	165	0,11	49019,61	297,09
16	НПл 25/16	33	52,8	0,51	10352,94	196,08
	210.32	252	88	0,07	79058,82	898,40
20	НА 32/320М	45	48	0,30	17647,06	367,65
	РМНА 250/35	356	125	0,04	139607,84	1116,86
25	НА 32/320М	45	48	0,24	22058,82	459,56
32	НА 32/320М	45	48	0,19	28235,29	588,24

Выбираю оптимальный насос - БГ12-42.

Выбор марки рабочей жидкости

Таблица 2.6 - Параметры рабочей жидкости

Марка рабочей жидкости	Плотность, кг/м3	Кинематическая вязкость, м/с2. При 0 С	Температура, 0 С	Диапазон рекомендуемых температур, 0 C	КОН, мг/г
		0	+20	+50	застывания	вспышки
АМГ-10	850	43	20	10	-70	92	-50 … 60	0,03



3. Проектирование и расчет принципиальной схемы гидропривода

3.1 Разработка принципиальной схемы гидропривода

Рисунок 3.1 - Принципиальная гидросхема механизма гидроударников экскаватора

Таблица 3.1. Перечень элементов принципиальной гидросхемы

№ п/п	Наименование	Кол-во	Примечание
1	Гидроцилиндр	1	S=0,6 м, V=0,25м/с, F=14715Н
2	Гидрораспределитель ПГ73-12	1	P=20 МПа, Q=20л/мин
3	Клапан обратный Г51-23	1	P=20МПа, Q=40л/мин
4,7	Клапан предохранительный АПГ52-24	2	P=100МПа, Q=70л/мин
5	Гидролиния жесткая	1	S=1 мм, d=15мм
6	Насос пластинчатый БГ12-42	1	P=16МПа, Q=16,7л/мин, N=2кВТ
8	Фильтр сливной Ф7М-20	1	P=20МПа, Q=120л/мин
9	Бак	1	Q=120л/мин



3.2 Приближенный расчет показателей надежности на стадии проектирования

Интенсивность отказов:

где

- интенсивность отказа гидроустройства;

n - число гидроустройств.

2))/0,25ч-1

Наработка на отказ:

,

,

Вероятность безотказной работы:

,,

где

- заданный промежуток времени.



,

Гамма - процентный ресурс:

,

где

- 99% вероятность.

,

Средний ресурс:

,

,



4. Проектирование и расчет гидролиний

4.1 Выбор конструктивных типов основных видов гидролиний

При проектировании к их конструкции предъявляются следующие требования:

возможно меньшее число криволинейных участков и поворотов, особенно имеющих малый радиус кривизны;

отсутствие резких изменений сечения гидролиний в местах изгиба или перехода от одного диаметра к другому во избежание перепада скорости рабочей жидкости и возникновения кавитации;

возможно меньшая длина для уменьшения потерь давления

Для своего механизма выбираю жесткие гидролинии, т.к. это обусловлено конструктивными особенностями механизма.

4.2 Расчет гидролиний

Таблица 6.1. Расчетный группы гидролиний

Номер группы	Тип гидролинии	Давление, МПа	Расход, л/мин
1	Всасывающая	1	16,7
2	Напорная	16	16,7
3	Сливная	1	16,7

Предварительное значение условного прохода:

где

vж - допустимая скорость течения рабочей жидкости, м/с.



dпрвс = 2 = 15 мм

dпрнап = 2 = 9,5 мм

dпрсл = 2 = 13 мм

Минимальная толщина стенки:

Предварительно выбрав материал трубопровода - Сталь 10 (ГОСТ 8732 - 78)

,

где

ррасч - расчетное давление.

sпрвс = 0,5*0,015*( - 1) = 0,5 мм

sпрнап = 0,5*0,0095*( - 1) = 0,9 мм

sпрсл = 0,5*0,013*( - 1) = 0,4 мм

Таблица 4.2. - Принятые размеры стандартных труб

Тип гидролинии	Труба по ГОСТ	d	dн	s	Материал труб
Всасывающая	8732-78	15	16	0,5	Сталь 10
Напорная	8732-78	9,5	12	0,9	Сталь 10
Сливная	8732-78	13	14	0,4	Сталь 10



4.3 Построение эпюры изменения давления по длине гидросистемы

Таблица 4.3. Давление в характерных точках гидросистемы

Характеристика гидравлического сопротивления	Потери давления на участке	Давление в конечной точке участка
Вход в трубопровод	0,0005	- 0,0005
Всасывающая гидролиния 0,2 м	0,0004	-0,0009
Насос	-	16.0000
Напорная гидролиния 0,5 м	0,0056	15,9944
Тройник	0,0007	15,993
Напорная гидролиния 0,2 м	0,0084	15,9853
Обратный клапан	0,0002	15,9851
Напорная гидролиния 0,2 м	0,0084	15,9767
Гидрораспределитель	0,15	15,8267
Напорная гидролиния 0,8 м	0,0078	15,8189
Тройник (3)	0,0007	15,8168
Напорная гидролиния 0,8 м	0,0078	15,8194
Гидроцилиндр	15,59	0,2294
Сливная гидролиния 0,8 м	0,0078	0,2216
Тройник (3)	0,0007	0,2209
Сливная гидролиния 0,8 м	0,0078	0,2131
Гидрораспределитель	0,15	0,0631
Сливная гидролиния 0,5 м	0,0084	0,0547
Тройник	0,0007	0,054
Сливная гидролиния 1м	0,0082	0,0458
Фильтр сливной	0,0436	0,0022
Сливная гидролиния 0,2 м	0,0012	0,001
Выход из трубопровода	0,001	0



5. Проектирование и расчет гидродвигателя и гидробака

5.1 Расчет гидродвигателя

Внутренний диаметр гидроцилиндра:

,

где

kтр = 1.06 - коэффициент трения в уплотнениях;

kd =0.7 - коэффициент диаметра штока;

- номинальное рабочее давление;

- давление на выходе из гидроцилиндра.

,

Принимаю Dпр =100 мм. (ГОСТ 12447-80)

Установившаяся скорость движения штока:

,

Предварительный расчет диаметра штока:

,



,

Принимаю мм. (ГОСТ 12447-80)

Приведенная длина штока:

,

где

k3 = 1.5 - коэффициент закрепления штока.

,

Минимальное значение толщины стенки гидроцилиндра:

,

где

- коэффициент Пуассона.

,

Наружный диаметр гидроцилиндра:

,

,

Принимаю (ГОСТ 12447-80)

Окончательная толщина стенки 4 мм.

Минимальная толщина крышек:

плоской глухой:

,

плоской с центральным отверстием:

,

где

- коэффициент учета отверстия.

,

Для унификации конструкции принял одинаковые толщины крышек 18 мм (ГОСТ 6636-69)

Ориентировочное число стяжных болтов:

,

где

- шаг расстановки болтов по окружности.



,

Принимаю по рекомендации

Минимальный диаметр резьбы:

,

где

m=1.4 - прокладочный коэффициент.

,

Минимальный диаметр отверстий для подвода рабочей жидкости в гидроцилиндр:

,

,

Принимаю (ГОСТ 12447-80)

5.2 Выбор уплотнений

К уплотнительным устройствам предъявляются такие конструктивные, технологические и эксплуатационные требования, как:

1. Достаточная герметичность;

2. Надежность работы в течение гарантийного срока эксплуатации;

3. Удобство для монтажа н демонтажа;

4. Минимальная сила (момент) трения;

5. Малые массогабаритиые характеристики;

6. Низкая стоимость и легкодоступноеь;

7. Совместимость с рабочей жидкостью гидропривода.

В настоящее время в практике проектирования объемных гидроприводов ПТТ используются уплотнители следующих типов:

1. Кольца металлические поршневые по ОСТ2 А54-1-72;

2. Кольца резиновые круглого сечения по ГОСТ 9833-73;

3. Уплотнения шевронные резинотканевые для гидравлических устройств по ГОСТ 22704-77;

4. Манжеты уплотнительные резиновые для гидравлических устройств по ГОСТ 14896-84;

5. Манжеты армированные для валов по ГОСТ 8752-79.

5.3 Конструкция и расчет гидробака

Основное функциональное назначение гидробаков - обеспечивать гидросистему необходимым объемом рабочей жидкости. Дополнительные функции гидробака включают:

1. Охлаждение рабочей жидкости до требуемой температуры;

2. Удаление пузырьков воздуха из объема жидкости;

3. Осаждение частиц загрязнений;

4. Температурную компенсацию изменения объема рабочей жидкости в процессе эксплуатации.

Объем гидробака:

,



,

5.4 Выбор двигателя

В зависимости от режима работы гидропривода рекомендуется использовать следующие электродвигатели переменного тока:

1. При продолжительном режиме - электродвигатели общепромышленного назначения (трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А);

2. При кратковременном и поворотно-кратковременном режимах - крановые и металлургические электродвигатели (трехфазные асинхронные двигатели серий MTKF и МТКН с короткозамкнутым ротором и трехфазные асинхронные двигатели серий MTF и МТН с фазным ротором).

Мощность двигателя:

,

где

- коэффициент запаса мощности;

- КПД насоса.

,

Крутящий момент на валу двигателя:

,

где

- коэффициент запаса момента;

- частота вращения вала.

,

Выбираю двигатель МТКН 211-6

Двигатель	Мощность, кВт	Ном. частота вращения	КПД, %	Cos	Ном. ток статора при220/380В	Ном. крутящий момент	Ммакс./Мном.	Масса, кг
МТКН 211	7,5	940	76,0	0,77	34/19	76,2	2,7	149



Заключение

В данном курсовом проекте была произведена модернизация рабочего оборудования экскаватора САТ 330 DL.

На основе анализа приведенных материалов предложено смешанное рабочее оборудование с ковшом активного действия. Выполнены необходимые расчеты, доказывающие работоспособность и эффективность предлагаемой конструкции.

Расчеты гидропривода представленные, подтвердили правильность выбора управляющих устройств.



Список используемой литературы

1. Лагерев А.В. Проектирование насосных гидроприводов подъемно-транспортной техники. Брянск. Издательство БГТУ, 2006. 520с

2. Точилкин В.В. Филатов А.М. Подъемно - транспортные машины: Методические указания к курсовой работе. Магнитогорск: Магнитогорский горно - металлургический институт им. Г.И. Носова, 1990. 22с.

3. Трифанов Г.Д. Муравский А.К. Разработка экскаваторной техники с активными режущими зубьями // Горное оборудование и электромеханика. 2006. №10. - С.17.

4. Бедрина Е. А. Обоснование основных параметров гидроударников для ковшей активного действия экскаваторов: Текст. : автореф. дис. канд. техн. наук / Е. А. Бедрина. Омск: СибАДИ, 2002.-212 с.

5. Галдин Н. С. Многоцелевые гидроударные рабочие органы дорожно-строительных машин: Монография. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2005.-223с.

4. Пат. 176614РФ: Ковш экскаватора / Н. С. Галдин, И. А. Семенова.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)" (RU) . - № 2017126690; заявл. 25.07.17; опубл. 24.01.18, Бюл. № 3. - 2 с.

5. Зеленин А.Н. Разработка мерзлых грунтов сезонного промерзания. 4.1. Организация производства зем. работ.-М.: Издательство литературы по строительству, 1972.-64 с.

6. Пат. 2149952РФ: МПК Е 02 F 3/38: Экскаватор с ковшом активного действия / А. Р. Маттис, В. Н. Лабутин и др.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук (RU). - № 99106597/03; заявл. 24.03.1999; опубл.27.05.2000, Бюл. № 15. - 2с

7. Пат. 179748РФ: МПК Е 02 F 3/40: Ковшовый рабочий орган / Е. А. Ревякина, Ю. М. Ляшенко, В. В. Сергеев; заявитель и патентообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU). - № 2017144003; заявл. 15.12.2017; опубл.23.05.18, Бюл. № 15. - 2с.

8. Патент RU 2 023 115 C1 КОВШ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ

9. Патент RU 2 002 907 C1

Размещено на Allbest.ru

...