Расчет экскаватора гидравлического одноковшового с обратной лопатой

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Определение усилий копания одноковшового экскаватора

Содержание: определить вместимость ковша экскаватора и длительность его рабочего цикла с последующим сравнением полученных данных характеристиками существующих машин; определить усилие копания. экскаватор ковш механизм стрела

Исходные данные:

Грунт: песок влажный

Производительность: П = 400м3/ч

1.1 Ориентировочная вместимость ковша, м3;

Где: Пэкспл - производительность экскаватора, м3/ч;

tц - время рабочего цикла экскаватора;

Rразр - коэффициент разрыхления грунта;

Rвр - коэффициент использования экскаватора по времени;

Rнап - коэффициент наполнения ковша.

Для песка: mсв=0,05МПа

Rразр = 1,39

Rвр = 0,7

Rнап = 0,9

tц = 35с



1.2 Уточнённое продолжительность цикла, с;

Определяем для значения q

1.3 По полученным q и tц уточнить вторично выбрать вместимость ковша экскаватора q = 7 м3

1.4 Площадь поперечного сечения среза грунта ковшом экскаватора, см2

,

где: для эксковатора с рабочим оборудованием обратная лопата длина пути копания Н принимается равной наибольшей глубине забоя Нк.

см2

1.5 Толщина среза, см

где В - ширина режущей части ковша,см. В = 2,5м

h =6731/280= 24см.

1.6 Площади лобовых частей поперечного сечения среза, см2

где b= 6…8 см - ширина зуба;

h - глубина резания; см

n - 3…4 - количество зубьев на режущей части ковша.

см2

1.7 Площади боковых частей поперечного сечения среза, см2

см2

1.8 Суммарная длина линий бокового среза грунта, см;

,

где Rбок = 0,8 - коэффициент глубины расширяющейся части прорези.

см

1.9 Среднемаксимальная касательная составляющая силы резания острыми зубьями, Н;

,

где mсв - удельная сила для разрушения грунта перед лобовой гранью зуба при угле резания 450, Мпа;

ц=1 - коэффициент, учитывающий влияние угла резания;

Юбок = 0,4 - коэффициент, характеризующий отношение удельных сил резания в боковых и лобовых частях прорези;

Юбок.ср =6,5 - коэффициент, характеризующий отношение удельных сил резания боковыми рёбрами ножа и в лобовой части прорези для условий упрожнения.

,

1.10 Среднемаксимальная нормальная составляющая силы резания острыми зубьями, Н;

,

Где д=360 - угол резания;

м =18…200 - угол трения грунта по стали.

1.11 Для затупленных рабочих органов возникает дополнительная сила сопротивления грунта, Н6

,

где Юпл.изн - коэффициент, учитывающий затупление рабочих органов и зависящий от ширины площадки износа а=0,5b и толщины среза h

Юпл.изн =0,065

Lпл.изн - b - длина изношенной режущей кромки зуба ковша.

а=0,5*8=4см.

1.12 Средняя касательная составляющая силы резания,Н

.

где Rэ =0,8 - коэффициент энергоёмкости процесса резания.

1.13 Средняя нормальная составляющая силы резания, Н;

где д1 = 0,17 - угол между траекторией резания и площадкой износа, рад.

1.14 Средняя удельная касательная силы резания, Мпа:



1.15 Коэффициент удельной силы резания.

где Pкоп.о - удельная сила копания для условного грунта с нулевым сопротивлением резанию, Мпа;

R1 - безразмерный коэффициент.

Pкоп.о=0,025МПа;

R1=0,08.

.

1.16 Касательная составляющая силы копания, Н;

,

1.17 Нормальная составляющая силы копания, Н:

где ц=ctq(р/3)=0,58, коэффициент, характеризующий соотношение составляющих полной силы копания грунта.

.



2. Определение основных параметров экскаватора

2.1 Размеры элементов рабочего оборудования по длине должны соответствовать заданным предельным рабочим параметрам экскаватора - максимальной глубине копания Hк и максимальной высоте выгрузки Hв при опущенной рукояти.

Рисунок 1 Схема шарнирно-сочленённого оборудования лопаты

Между Hк и Hв существует зависимость:

где b - ширина ковша;

Rр - коэффициент разрыхления грунта. Rр=1,2.



Длина стрелы:

где бс - угол поворота стрелы(90…950).

Расстояние Y от оси поворота стрелы до уровня расположения машины при б=900:

Расстояние X находят по формуле6

где Е - половина базы машины;

R - радиус приложения сил на кромке ковша=1,5м.

Путь наполнения ковша обратной лопатой.

где mэ - масса экскаватора.

Работа затрачиваемая на копание Ак = 52МДж

Момент на рукояти:

т.к. и ,

2.2 Расчёт рабочего оборудования

Рисунок 2 Кинематическая схема гидропривода рукояти экскаватора

Вес гидроцилиндра между точками О и С:



где Gц - вес цилиндра со штоком;

l4 l5 - длины на схеме.

Реактивные силы в точках D и C:

где Q - сопротивление внешней силы;

Gр - вес рукояти.

Усилие сжимания штока:

Общее усилие действующее в точке О по направлению оси гидроцилиндра:

2.3 Копание без поворота ковша

Рисунок 3 Схема усилий действующая на рабочее оборудование



Реактивное усилие в гидроцилиндрах стрелы:

где Гцс,l1,l2,lс,lр,lкгр - плечи всех сил действующие относительно точки А;

Pцс - усилие в гидрацелиндрах стрелы;

Gс - вес стрелы с гидроцилиндрами стрелы и рукояти.

Рисунок 4 - Схема усилий тяги ковша

Усилие действующее в тяге ковша:



Усилие в цилиндре:

где r2 - плечо силы Pцк относительно точки D;

r1 - плечо силы тяжести ковша с грунтом относительно точки С1;

rт2 - плечо усилия в тяге T относительно точки D.

2.4 Определение основных параметров экскаватора с гибкой системой подвешивания рабочего оборудования

Рисунок 5 Схема усилий действующих на кромку ковша

Сопротивление копанию грунта

P1 =2544Н

Толщина срезаемого грунта:

Для прямой лопаты:

Сmax=q*RH/(HB*b*Rp)

где HB - высота оси напорного вала;

Rp - коэффициент разрыхления.

Сmax=180*1,3/(12*2,6*1,4)=5843,4

Для драглайна

С=q*(1+ц)/(Rр*lK*b*Rp)

где lK - длина ковша;

ц - коэффициент соотношения между объёмом призмы волочения и вместимостью ковша;

Rр - коэффициент отношения пути копания к длине ковша.

С=178*(1+0,3)/(3*3*2,6*1,3)=7563Н

Сопротивление препятствующее внедрению ковша в грунт:

Для драглайна:

P2=(0.15…0.4)*P1

P2=524,2Н

Для прямой лопаты:

P2=(0.1…0.3)*P1

P2=421,6Н

Определение усилий в элементах рабочего оборудования:

Прямая лопата

Усилие в подъёмном полиспасте находят для двух расчётных положений из равенства:

где li - расстояние от точки О до осеё действия соответствующих сил;

Gk - вес ковша Н;

Gц=(1,3…1,7)*q*g;

Gгр - вес грунта в ковше,Н: Gгр=q*г*Rn*g.

Gц=(1,3…1,7)*170000*10=2730000Н

Gгр=170000*1,3*9,8*1=2230600Н



Рисунок 6 - Расчётная схема и силовые многоугольники

Изгибающий момент в вертикальной плоскости:

где qc1 - вес участка балки стрелы на длине lA;

Ra - плечо действия веса qc1 до сечения А.

Растягивающее усилие:

Изгибающий момент из плоскости копания.

При копании средней частью режущей кромки:



При копании крайним зубом ковша:

Крутящий момент при копании средней части ковша:

При копании крайним зубом ковша:

Нагрузка в сечении Бх:

Изгибающий момент в вертикальной плоскости:

где qr2 - вес участка балки стрелы на длине lБ;

rБ - плечо действия веса qс2 до сечения Бх.



Растягивающее усилие:

Нагрузки в сечении Dx:

Изгибающий момент в вертикальной плоскасти:

где - сумма моментов весовых нагрузок относительно сечения Dx;

gc3 - вес стрелы без участка длиной lp.

Растягивающее усилие:

Изгибающий момент в боковой плоскости при копании средней части ковша

;

При копании крайним зубом ковша:

;

Крутящий момент при копании средней частью ковша:

При копании крайним зубом ковша:

Нагрузки в сечении Гг.

Изгибающий момент в вертикальной плоскости:

где gc4 - вес участка стрелы на длине lГ;

rГ - плечо действия веса gc4 до сечения Гх.

Сжимающее усилие:

Нагрузки в сечениях Их и Их

Рисунок 7 Схема нагрузки в развилке стрелы

;

.

где r и r4 - плечи в со схемой;

а - расстояние между пятами стрелы.

;

.

Изгибающий момент в вертикальной плоскости:



Сжимающее усилие:

Изгибающий момент на плоскости копания:

3. Проверка прочности листов балок стрел и рукоятей в местах крепления проушин гидроцилиндров

Условия работы: стрела находится в крайнем нижнем положении.

На стрелу действует максимальные внешние нагрузки, находящиеся в продольно - вертикальной осевой плоскости: RA - реакция шарнира стойки платформы на пяту стрелы; FB - усилие действия рукояти на стрелу в шарнире B; Fцс - усилия штоков гидроцилиндров стрелы; Fцрт - максимальное усилие корпуса гидроцилиндра рукояти. Весом стрелы можно пренебречь, поскольку его влияние на напряжённое состояние металлоконструкции из-за распределённого характера незначительно.



Рисунок 8 Конструктивная схема стрелы

Под действием внешних нагрузок в сечениях стрелы возникает сложное напряжённое состояние, обусловленное наличием нормальных напряжений растяжения (сжатия) и касательных напряжений сдвига. Первые возникают в результате действия осевых нагрузок и изгибающих моментов, а вторые - в результате действия поперечных сил.

Рисунок 9 Расчётная схема и эпюры N,M и Q.

3.1 Расчёт продольно - осев сил.

Проверка:

Проверка:

Ошибка не превышает 0,04%, допустима.

3.2 Расчёт поперечных сил.

Проверка:

Проверка:

Погрешность расчёта в пределах нормы.

3.3 Рассчитываем моменты сил, действующие в сечениях стрелы:

Момент справа:

;

Момент справа:

;



3.4 Строим эпюры. Наиболее опасные сечения Е и О.

3.5 Условие прочности по нормальным напряжениям для сечения Е:

где FE - площадь поперечного сечения Е;

WZ - момент сопротивления сечения Е.

По касательным напряжением наиболее опасным сечением является Е:

Где S(y) - статистический момент сечения Е;

B - ширина сечения;

Yz - осевой момент инерции относительно оси рукояти z.

Рисунок 10 Сечения стрелы и эпюры нормальных напряжений



Площади сечений:

Статические моменты сечений:

Моменты инерции рассчитываемых сечений:

где , - моменты инерции стенок относительно оси z.

, - моменты инерции относительно осей симметрии поясов z.

==20,48см4

- площади поперечных сечений поясов:

Тогда

Нормальные напряжения в крайних сжатых волокнах сечения:

Принимая для стрелы материал сталь 1012С1, имеющую ,

видим, что геометрические параметры сечений при действующих нагрузках удовлетворяют условиям прочности

Проверяем условие прочности по касательным напряжениям в сечении Е.

На внутренних поверхностях поясов:

На поверхностях стенок, примыкающих к поясам:

На уровне нейтрального слоя:

Для выбранной стали . Следовательно условие прочности по касательным напряжениям выполнено с существенным запасом.

Заключение: произведённые расчёты показывают, что выбранные параметры стрелы обеспечивают её работоспособность и удовлетворяют условиям прочности при воздействии учтённых внешних нагрузок. Имеющийся запас прочности может компенсировать действие неучтённых нагрузок (боковых сил, скручивающих моментов, динамических нагрузок и др.).



4. Расчёт механизма вращения платформы

Момент сопротивления вращению:

где Y - момент инерции поворотной платформы относительно оси вращения,кг*м2;

Е - угловое ускорение, с-1.

Момент инерции:

где m - масса экскаватора.

Угловое ускорение Е ограничивается условиями сцепления гусиниц с грунтом. Момент Мсц сил сцепления ходовой части с грунтом:

Угловое ускорение:

где К=0,7…0,75 - коэффициент ограничения момента.



Момент сопротивления вращению:

Максимальную угловую скорость , для двухпериодного поворотного движения при равенстве углов и времени разгона и торможения находим из равенства:

,

Откуда:

Время поворота на выгрузку:

Расчёт мощности гидромотора:

где rр, rз.в. - К.П.Д. редуктора и зубчатого венца, rр=0,95…0,97, rз.в.=0,93…0,95.

Передаточное число механизма поворота

Расчётная частота вращения гидромотора:

Давление, при котором работает гидромотор:

Расход масла гидромотором:

Работа гидромотора поворота платформы обеспечивается подачей одной секции сдвоенного насоса.

Передаточное число венцевой передачи находится в пределах iз.в.=7…10, тогда требуемое передаточное число редуктора:



5. Устойчивость экскаватора при оборудовании обратной лопатой

Устойчивость экскаватора проверяем по трём расчётным схемам.

Первое расчётное положение. Экскаватор находится на горизонтальной площадке, платформа поперёк ходовой рамы, стрела на полном вылете, производится копание на уровне стоянки цилиндром поворота рукояти.

Рисунок 11а

Момент сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания:

где GПП,GХЧ - вес соответственно поворотной платформы с механизмами и ходовой части.

Опрокидывающий момент:



Коэффициент устойчивости:

Второе расчётное положение. Соответствует повороту на выгрузку, платформа поперёк рамы, ковш на вылете наибольшего радиуса выгрузки подвёрнут под рукоять. Уклоном площадки и инерционными силами пренебрегаем. Устойчивость проверяем, как в первом положении.

Рисунок 11б

Момент сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания:

где GПП,GХЧ - вес соответственно поворотной платформы с механизмами и ходовой части.

Опрокидывающий момент:

Коэффициент устойчивости:

Третье расчётное положение. Соответствует движению эксковатора под уклон (б=220), стрела поднята до предела, рукоять подвёрнута под стрелу, ковш пустой, давление РВ=250Н/см2 ветра в сторону уклона. Опрокидывание возможно в сторону рабочего оборудования.

Рисунок 11б

Момент сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания:

Опрокидывающий момент:

где МВ - момент от сил ветра.

Где Fкаб,Fк,Fс - подветренная площадь нетто соответственно кузова, кабины, ходовой и выступающей частей стрелы;

Рi - высота приложения силы ветра.

Коэффициент устойчивости:

Заключение: В данной расчетно-графической работе был рассчитан экскаватор гидравлический одноковшовый с обратной лопатой. Были рассчитаны силовые воздействия на режущие кромки ковша, механизм поворота платформы, устойчивость экскаватора в трёх положениях.

Размещено на Allbest.ru