Розрахунок землерийних машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторна робота 4. Дослідження продуктивності одноківшевих екскаваторів (ОЕ)

Мета роботи: вивчення конструкції основних механізмів ОЕ, кінематичних і конструктивних схем і визначення періодів роботи в процесі копання ґрунту; дослідження продуктивності ОЕ в залежності від характеру роботи, параметрів вибою і ступеня наповнення ковша.

4.1 Загальні відомості

До основних факторів, що впливають на продуктивність екскаватора, відносяться наступні [1]:

- труднощі розробки гірської маси, що оцінюється категорією породи та її станом;

- параметри вибою, що роблять вплив на ступінь наповнення ковша;

- технічні дані, стан і конструктивно-виробнича надійність екскаватора;

- кваліфікація машиніста;

- організація робіт, що залежить від достатньої кількості транспортних засобів, стану доріг і т.д.

Паспортна годинна продуктивність одноківшевого екскаватора [4]

, (4.1)

де - паспортна годинна продуктивність,м3;

- конструктивно-розрахункове число циклів у хвилину;

Е - місткість ковша, м3.

Число циклів у хвилину можна визначити експериментально, для цього необхідно визначити основні елементи циклу

, (4.2)

де - час одного циклу роботи екскаватора, с,

= + + + + , (4.3)

де - тривалість зачерпування ґрунту, с;

- час повороту екскаватора до місця розвантаження, с;

- час розвантаження, с;

- час повороту у вибій, с;

- час опускання рукояті у вибій, с.

Машиністи високої кваліфікації можуть сполучати деякі операції, тим самим скорочуючи час циклу. У загальному випадку час циклу

. (4.4)

З урахуванням сполучення операцій

, (4.5)

де - час копання, с;

- час повороту на завантаження і розвантаження ковша, с;

- час повернення ковша у вибій (у вихідне положення), с.

Для механічних лопат при повороті екскаватора для розвантаження у вибої на кут до 120° справедливі наступні співвідношення

? 0,3 ; ??0,35 .

Годинна технічна продуктивність у щільній масі визначається в залежності від теоретичної за формулою

, (4.6)

де - коефіцієнт наповнення ковша;

- коефіцієнт розпушення ґрунту в ковші.

Коефіцієнт наповнення ковша можна визначити за формулою (3.1), а коефіцієнт розпушення ґрунту - за формулою (1.8).

У залежності від висоти вибою коефіцієнт наповнення ковша

, (4.7)

де - висота вибою, м;

b , h - ширина і товщина стружки, м;

- коефіцієнт розпушення породи;

Е - місткість ковша, м3.

Технічна продуктивність з урахуванням параметрів вибою

, (4.8)

де і - тривалість безперервної роботи екскаватора з одного місця стояння при одному напрямку руху робочого органа і тривалість однієї пересувки відповідно.

Експлуатаційна продуктивність

, (4.9)

де - коефіцієнт використання екскаватора за часом,

= , (4.10)

де - тривалість зміни, ч;

- коефіцієнт надійності для одноківшевого екскаватора, =0,8...0,95 [2].

4.2 Лабораторне обладнання

1 Секундоміри.

2 Рулетки для виміру параметрів вибою.

3 Терези для визначення щільності ґрунту.

4 Кутоміри.



4.3 Порядок виконання роботи

1 Скласти конструктивну схему екскаватора і кінематичні схеми основних його механізмів.

2 Визначити теоретичну годинну продуктивність моделі механічної лопати. Для цього необхідно визначити тривалість виконання основних операцій по копанню ґрунту, навантаженню його в транспорт і поверненню у вихідне положення за формулами (4.1)…(4...5). Дані експериментальних вимірів не менш 3 циклів занести до таблиці 4.1.

3 Визначити технічну продуктивність, указавши наступні параметри: висоту вибою Н, місткість ковша Е, ширину і товщину стружки, коефіцієнт розпушення ґрунту. Дані занести до таблиці 4.2.

4 Визначити експлуатаційну продуктивність, користуючись формулами (4.8)...(4.10). Значення коефіцієнта визначається за результатами спостережень.

5 Вказати основні шляхи підвищення продуктивності моделі ОЕ стосовно до досліджуваних умов.

6 Оформити звіт.

Таблиця 4.1 - Дані для визначення продуктивності моделі механічної лопати

Номер досвіду	Довжина основних операцій	Продуктивність ОЕ
	, с	, с	, с	, с
1
2
3
Середнє значення



Таблиця 4.2 - Дані для визначення технічної продуктивності ОЕ

Найменування параметра	Н, м	b, м	h, м	Е, м3
Значення параметра

4.4 Питання для контролю

1 Дайте визначення паспортної теоретичної продуктивності ОЕ.

2 Які параметри вибою впливають на величину технічної продуктивності?

3 Які параметри екскаватора впливають на технічну й експлуатаційну продуктивність ОЕ?

4 Дайте визначення експлуатаційної продуктивності.

5 Як визначити час циклу ОЕ?

6 Які параметри ОЕ та вибою впливають на час циклу?



Лабораторна робота №5

Тема: «Дослідження силових і кінематичних параметрів чотирьохопорного крокуючого механізму пересування»

Мета роботи: вивчення конструкції і принципу роботи чотирьохопорного крокуючого механізму; дослідження зміни кінематичних і силових параметрів в процесі пересування машини; визначення параметрів крокуючого рушія стосовно екскаваторів.

5.1 Загальні відомості про конструкцію крокуючих механізмів транспортних та гірничих машин

В сучасних транспортних та гірничих машинах в якості механізмів пересування застосовуються рейкові, пневмоколісні, гусеничні та крокуючі рушії, або їх комбінації (наприклад рейково-крокуючий хід). Для роботи у складних експлуатаційних умовах при високій вологості, абразивності ґрунтів, мала допустимому тиску на грунт ефективним є застосування крокуючих механізмів, наприклад у екскаваторах-драглайнах, мобільних дробильних комплексах, перевантажувачах та інших гірничих і транспортних машинах.

У світовій і вітчизняній практиці в одноковшевих екскаваторах-лопатах як механізми пересування застосовують винятково гусеничний хід [1,2,3,4], що поряд з відомими перевагами володіє поруч істотних недоліків, основні з яких наступні:

1. Велика вага, (до 40-45% з нижньою рамою) від ваги екскаваторів і висока вартість;

2. Складність у виробництві і зборці, обумовлена великою кількістю деталей і складністю самої конструкції;

3. Швидкий знос елементів, що сполучаються, (ведучих коліс, ланок) і зв'язані з цим високі експлуатаційні витрати;

4. Значно більші, ніж при крокуючому ході, середні питомі тиски на грунт до 0,35Мпа;

5. Високі значення максимальних питомих тисків, що перевищують у 3-х гусеничних системах у 6-12 разів середні тиски;

6. Високе потрібне стискальне зусилля, що досягає до 40% від ваги екскаваторів, і зв'язані з цим високі енерговитрати на пересування.

Зазначені недоліки, частково відсутні у відомих конструкціях крокуючих механізмів пересування, що відрізняються відносно невеликою вагою (10-12%

Від ваги машини), простотою конструкції, більш низькою собівартістю, незначним зносом елементів, що сполучаються, і як наслідок, низькими експлуатаційними витратами, можливістю одержання низьких питомих тисків.

Тим часом, як уже відзначалося вище, незважаючи на відомі переваги крокуючого ходу в одноковшевих екскаваторах-лопатах крокуючий хід не використовується.

Більш того можна стверджувати, що «до недоліків крокуючого ходу відноситься непридатність його для лопат». Розуміється тут мова йде про відомі конструкції крокуючих ходів у тому числі, наприклад, таких як на екскаваторах-драглайнах ЕШ-6/45, ЕШ-10/70А, ЕШ-11/70.

Основною і головною причиною, що перешкоджає використанню відомих конструкцій крокуючих механізмів в одноковшевих екскаваторах-лопатах є специфічні особливості напруження цих машин у процесі копання.

Якщо в драглайнах (де переважно використовується крокуючий хід, а у великих драглайнах винятково крокуючий хід) при роботі машини рівнодіюча вертикальних сил навіть при положенні ковша на максимальному вильоті (у голови стріли) не виходить, як правило, за ядро перетину бази, то в екскаваторах-лопатах картина абсолютно інша.

В одноковшевих екскаваторах (прямих лопатах) у процесі копання в результаті реалізації на вершині зубів ковша великих динамічних зусиль, особливо в момент стопоріння механізму підйому при твердих ґрунтах, рівнодіюча зовнішніх сил (вага машини + динамічні зусилля на вершині зубів ковша) виходить не тільки за поворотне коло, але й іноді за межі опорних поверхонь гусениць ( тобто за межі периметра опорної поверхні). У результаті цього при стопорінні механізму підйому екскаватора-лопати найчастіше працюють з відривом від ґрунту задньої частини машини-протилежної ковшеві, що неприпустимо для екскаваторів що мають крокуючий механізм пересування, тому що це може привести до втрати рівноваги і руйнуванню опорних елементів.

Аналіз розрахунків на ПАТ НКМЗ показує, що при зупинці механізму підйому рівнодіюча зовнішніх сил виходить за межі опорних поверхонь гусениць (тобто за межі периметра опорної поверхні) у результаті чого буде відбуватися відрив гусениць зі сторони протилежної ковшеві.

Якщо в екскаваторах-лопатах використовувати відомий крокуючий хід (такого ж типу, як у драглайнах) з базою, що спирається на грунт під час копання і повороту машини на розвантаження, то для забезпечення рівноцінної стійкості машини (тобто такий же як і при гусеничному ході) периметр (контур) опорної поверхні бази повинні бути не меншими, чим периметр опорної поверхні гусениць.

Крім того, щоб зберегти відому перевагу крокуючого ходу, що полягає в можливості пересування з місця в будь-якому напрямку, механізми крокування з лижами повинні встановлюватися на поворотній платформі, а лижі повинні мати можливість обходу контуру бази при повороті, внаслідок чого найбільш оптимальний контур бази - це коло великого діаметра. При цьому лижі повинні бути винесені за контур бази, що приводить до збільшення ширини поворотної платформи («роздування» її по ширині). У підсумку використання традиційних крокуючих ходів (таких, як у драглайнах) в екскаваторах-лопатах привело б до істотного програшу в розмірах машини, її ваги і вартості.

Унаслідок цього в екскаваторах-лопатах у вітчизняній і світовій практиці використовується винятково гусеничний хід, якщо не говорити про машини малої потужності, де може використовуватися колісний хід.

Тим часом, основні переваги крокуючого ходу, що полягають у невеликій вазі, простоті і низькою собівартості, а також відсутності сильного зносу в експлуатації і зниженні експлуатаційних витрат на ремонт і відновлення є незаперечними.

5.2 Конструкція крокуючих механізмів землерийних машин

Крокуюче ходове устаткування сучасних екскаваторів-драглайнів складається з двох самостійних систем опорних поверхонь - бази (опорної рами) і лиж (опорних башмаків). При роботі машини база є основною опорною поверхнею, вона сприймає навантаження від поворотної частини машини і передає них на грунт. База являє собою круглу плиту, що складається із системи пересічних поперечних і подовжніх балок, закритих нижніми і верхніми аркушами настилу.

Пересування машин, обладнаних крокуючим ходом, здійснюється періодичними переміщеннями їхній щораз на величину кроку. За цикл крокування механізми забезпечують підйомом і перенос уперед лиж, посадку лиж на грунт і відрив бази від нього, пересування уперед усієї машини, посадку бази і відрив лиж від грунту. Прямолінійний рух машини відбувається по напрямку її подовжньої осі уздовж стріли. Зміна напряму руху досягається поворотом обертової частини машини при піднятих лижах, при цьому змінюється напрямок подовжньої осі.

Усі конструкції механізмів крокування виконуються у виді кривошипних систем: кривошипно-ексцентриковий, кривошипно-шарнірний з трикутною рамою, кривошипно-шарнірний крейцкопфний, піднімальний , ексцентриковий із задньою сергою, ексцентриковий з верхньою сергою, кривошипно-колісний, двокривошипний. Виключення складають екскаватори Уралмашзавода й екскаватор 4550-W фірми «Бюсайрус-Ірі», що обладнані гідравлічними крокуючими механізмами.

На рисунку 4.1 приведені схеми механізмів крокування і показане положення ланок механізмів у різні моменти циклу пересування. Кривошипно-ексцентриковим крокуючим ходом обладнаний екскаватор ЕК-4/40 ПАТ «НКМЗ». При кривошипно- ексцентриковом ході ексцентрики установлені на кінцях головного ходового вала й утримуються ребордами в литих розбірних ексцентрикових рамах, кожна з яких установлена на лижі. До рами прикріплені виливки з напрямними для пальця кривошипа з ексцентриком.



Рисунок 4.1. Схеми механізмів крокування:

а - важільно-гідравлічного; б - ексцентрикового; в - кривошипно-важільного з провушиной; I -V - послідовність переміщення механізму крокування

На машинах, що випускаються ЗАТ «НКМЗ», найбільш розповсюджений кривошипно-шарнірний крокуючий хід, що у порівнянні з кривошипно-ексцентриковим ходом має більш високий КПД, меншу вагу і більш високу експлуатаційну надійність. Цим ходом обладнані екскаватори ЕШ-4/40, ЕШ-6/60, ЕК-10/60, ЕШ-10/70, ЕШ-10/70А, екскаватор ЕШ-5/45 і його модифікації, а також відвалоутворювач ОШ-1500/105. При кривошипно-важільному і чотириланковому крокуючому механізмі кривошипи надають руху ноги за рахунок ексцентриків, що насаджені на дворядних підшипниках. Верхня частина ноги шарнірно зв'язана з кінцем важеля, другий кінець якого укріплений на цапфі надбудови. Кулькове з'єднання ноги з лижею дозволяє останній добре пристосовуватися до рельєфу місцевості, а також повертатися навколо осі ноги в горизонтальній площині. Повернення лиж у нормальне положення здійснюється спеціальним механізмом-механізмом вирівнювання лиж.

Розглянемо конструкцію опорної бази рисунок.4.2 на прикладі екскаватора ЕК-10/60. У центрі опорної бази екскаватора розташована центральна цапфа, що сприймає горизонтальні навантаження. На верхній площині кругової балки укріплені за допомогою спеціальних прокладок нижнє рейкове коло опорно-поворотного пристрою і зубчастий вінець механізму повороту машини. У верхній частині опорна база має круговий виступ для опор, що піднімають базу при пересуванні. Опори-підхвати монтуються на поворотній платформі машини. З умов транспортування базу розділяють монтажними стиками на окремі секції. На нижній площині опорної бази укріплені радіальні ребра, що забезпечують зчеплення бази з ґрунтом при роботі машини.

Лижі (опорні плити) призначені для опирання машини на ґрунт при пересуванні і представляють по своїй конструкції металоконструкцію у вигляді балки, зварену з подовжніх вертикальних аркушів, зв'язаних ребрами жорсткості і посилених горизонтальними листами верхнього і нижнього настилів. Навантаження сприймається лижею у вигляді зосередженої сили, що проходить через центр опори (ноги) крокуючого механізму. На опорній площині лижі поперечні ребра (шпори, іноді їх називають грунтозацепами), що поліпшують зчеплення лижі з ґрунтом при пересуванні машини. Іноді лижі мають опорну поверхню у вигляді ламаної площини в процесі пересування машин, обладнаних цими лижами, відбувається опирання на частину поверхні лижі. У таких випадках має місце збільшення сили зчеплення опорної поверхні лижі з ґрунтом за рахунок підвищеного опору ґрунту зрушенню при великих тисках, які виникають при ущільненні ґрунта.

Кривошипно-колісний крокуючий хід, намічений до застосування на екскаваторах, що випускаються ЗАТ «НКМЗ», є модифікацією кривошипно-ексцентрикового. Цей тип крокуючого ходового устаткування поєднав у собі позитивні якості кривошипно-шарнірного і кривошипно-ексцентрикового крокуючих механізмів. При кривошипно-колісному ході на кінцях головного вала, що одержує обертання від привода механізму крокування, насаджені ведучі кривошипи, нерухомо з'єднані з тяговими кривошипами. На ведучих кривошипах насаджені на підшипниках каретки з ходовими колесами, що рухаються по направляючих рамах. Кожна з рам установлена на лижі. Тягові важелі шарнірно з'єднані з кривошипами і цапфами на рамах. Кривошипно-колісний механізм пересування змонтований на конвеєрному перевантажувачі ОШ-56/1000.

Привод ходових механізмів, виконуваних у виді кривошипних систем, для машин малої потужності з ковшем ємністю 5-6 м3 і довжиною стріли 40-60 м здійснюється від двигуна тягової лебідки через редуктор і відкриті передачі. На машинах великої потужності привод виконується у виді окремого двигуна постійного струму, з'єднаного з виконавчим механізмом через редуктор і відкриті передачі (кінематичні схеми механізмів крокування приведені у додатку 4).

Тиск на ґрунт крокуючих екскаваторів значно відрізняється по значенню в такі періоди як копання ґрунтів і пересування екскаватора по вибоям. При виконанні основних технологічних операцій екскаватор стоїть на одній базі діаметром D, опорні плити (лижі) підняті догори, а середній тиск від ваги верхньої частини, вузлів, стріли і ковша з ґрунтом визначається по залежності:

(4.1)



де Gе-вага екскаватора, МН;

D- діаметр опорної бази, м.

В процесі пересування частина ваги екскаватора передається на опорні плити (лижі), а частина (0,2…0,15)Gе на кромку опорної бази, яка пересувається (волочиться) по грунтовому полотну (площині вибою). Тоді середній тиск при пересуванні визначається по залежності:

(4.2)

де k-коефіцієнт, що показує яка частина ваги екскаватора передається на опорні плити, МН/м2;

b,L- ширина і довжина опорних плит, м.

Під час роботи екскаватора навантаження на базу (а саме центр мас) зміщується в залежності від положення ковша і його наповнення, тому тиск на грунт під опорною базою розподіляється нерівномірно і в загальному вигляді його визначають по залежності [2]:

(4.3)

де - Gе-вага екскаватора з ковшом і грунтом, кН,

е-величина зміщення рівнодіючою від центра бази, м.

Для господарського комплексу України на найближче майбутнє одним із пріоритетних напрямків буде видобуток корисних копалин відкритим способом, для якого характерною ознакою є використання одноківшових екскаваторів. Виконавчі механізми і робоче обладнання таких машин працюють в надзвичайно важких умовах, тому їх удосконалення з метою підвищення технічного рівня являється досить актуальною науково технічною задачею. На основі оцінки технічного рівня сучасних механізмів пересування, а саме, гусеничного традиційного трьох опорного, та нового крокуючого чотирьох опорного [1] було встановлено [2], що саме останній механізм являється досить перспективним як для екскаваторів так і інших технологічних самохідних машин (бурових станків, дробарок та інш.).

Методи проектування і розрахунків приводів крокуючих механізмів в сучасних роботах представлена тільки для трьох опорних і то в досить загальному вигляді [3, 4], тому розробка методів розрахунків приводів, визначення геометричних, кінематичних і силових параметрів таких рушіїв, та застосування їх на практиці являється досить актуальною. В ДДМА на кафедрі ПТМ проводяться такі дослідження на теоретичному і експериментальному рівнях.

Теоретичні дослідження та розроблено і виготовлено фізичну модель крокуючого рушія з метою відтворення динаміки процесу пересування машини, уточнення параметрів і характеристик привода, вивчити вплив геометричних параметрів на кінематику процесу пересування, та вивчити характер взаємодії такого рушія з зовнішнім середовищем. Для цього було проведено фізичне моделювання і розроблена модель стосовно до машини масою від 100 до 400 тон [5]. Основні параметри моделі крокуючого рушія приведені в таблиці 1 із якої видно що конструкція моделі дозволяє змінити слідуючи параметри: вагу крокуючого візка від 4 тон до 13 тон, питомий тиск на грунт від 0,07 МПа до 0,27 МПа, швидкість пересування та час одного циклу пересування майже в два рази. Привід крокуючого рушія змонтовано на жорсткій рамі (рис.2), на якій також установлено центральну цапфу, що дає змогу змінювати положення центра мас машини за допомогою стріли, яка установлюється на центральну цапфу.

Враховуючи можливі зміни навантажень на двигун рушія, а саме: пересування по прямій горизонтальній поверхні, підйом по площині, нахиленої до горизонту на кут до 12°; поворот моделі в різних режимах; зміна ваги і положення центру мас крокуючого візка було вибрано можливі коефіціент перевантаження ш=2,4 визначили максимальний момент на валу двигуна (кНм):

де GT - вага транспортного візка, кН;

е - величина ексцентриситету, м;

UУ - сумарне передатне відношення механізму;

З - ККД передаточного механізму.

Виходячи з визначених геометричних, силових і кінематичних параметрів фізичної моделі крокуючого механізму визначено потужність двигуна:

де щ - кутова швидкість вихідного вала з ексцентриком, с-1;

ш - коефіцієнт можливого перевантаження привода;

зм - ККД ексцентрикового привода.

Основні розрахункові параметри привода фізичної моделі крокуючого механізму слідуючи:

Розрахункові параметри привода моделі чотирьох опорного крокуючого механізму наступні:

Потужність двигуна	Рдв=0,85кВт;
Число обертів двигуна	nдв=1000 про/хв;
Крутний момент	Мдв.ном=8,29 Нм;
Ексцентриситет	е=0,035м;
ККД передатного механізму	з =0,75;
Загальне передаточне число	uУ=120;
Маса візка	Gт=3257кг.

На підставі наведених залежностей і відповідно до, що розраховуються параметрами побудована модель крокуючого механізму, кінематична схема якої наведено на рисунку 4.2.

Рисунок. 4.2. Кінематична схема моделі крокуючого чотирьохопорного механізму: 1- електродвигун із двома вихідними валами; 2- редуктори; 3 - конічні передачі; 4 - відкриті зубчасті передачі; 5 - вали; 6, 7 - опорні башмаки

Крутний момент від двигуна 1 через муфти передається на передатний механізм, що включає редуктори 2, конічні й циліндричної зубчасті передачі 3 і 4, які забезпечують обертання вала 5 з ексцентриком е. Це дозволяє по черзі переміщати опорні черевики 6 з однієї сторони візка. Симетрично описаному механізму розміщений на протилежній стороні візка такий же другий механізм, що дозволяє переміщати металоконструкцію візка й моделює процес руху.

У результаті виконаної роботи були визначені основні масштабні коефіцієнти геометричних, кінематичних і силових параметрів моделі й натури для крокуючого механізму стосовно до екскаватора ЭКГ-10Н. Це дозволяє провести синтез крокуючого механізму й опорної частини, виявити параметри, які впливають на процес переміщення й вибрати їхнє раціональне значення для різних умов роботи, досліджувати вплив цих параметрів на енергоємність процесу переміщення екскаватора й обґрунтувати раціональне відношення цих параметрів.

Для проведення експериментальних досліджень була розроблена методика, яка приведена в таблиці 1.

Таблиця 1 - Основні параметри моделі і розрахункові дані.

Основні параметри	Коефіцієнт перевантаження електродвигунів
Nдв=0,85кВт n=1000об/хв Мдв.ном.=0,829кг/м е=0,035м з=0,75 iУ=120(160) Gт=3257кг
	ш=1	ш=1,5	ш=2,0
Сумарна вага візка з вантажем G(м+г)	4263 кг	6395 кг	8527 кг
Опорна площа двох лиж F=2хlхb	5760 cм2	5760 cм2	5760 cм2
Питомий тиск на ґрунт при опорі на дві лижі gcр	0,74 кг/см2	1,11 кг/см2	1,48 кг/см2
Число оборотів вихідних коліс із ексцентриками на виході nвых	8,333 об/мин	8,333 об/мин	8,333 об/мин
Швидкість пересування візка V	1,166 м/мин	1,166 м/мин	1,166 м/мин
Час робочого циклу відповідне одному оберту приводних коліс із ексцентриками й переміщенню моделі на величину 4е=0,14м	7,2 сек	7,2 сек	7,2 сек

Були визначені параметри, які фіксувалися в процесі досліджень та способи їх вимірювань:

- довжини переміщення за один цикл крокування;

- величина струму і напруги;

- частота обертання вихідного валу, об/хв.;

- момент на валу двигуна;

- маса крокуючого візка.

Таким чином, за допомогою вимірюваних механічних та електричних характеристик було експериментально визначено вплив натуг привода, що дало змогу визначити величину одного із найважливіших механізмів технічного рівня рушіїв пересування при різних режимах роботу, та вплив на величину цього показника основних технічних параметрів крокуючого механізму.

Рисунок 4.3 - Зовнішній вид апаратури



Рисунок 4.4 - Фізична модель крокуючого чотирьохопорного рушія.

У ходових пристроях потужних екскаваторів-драглайнів досить часто використовується кривошипно-шарнірний механізм крокування, схему якого подано на рисунку 4.5.



1 - опорний башмак; 2 - нога; 3 - шатун; 4 - кривошип; 5 - опорна база; 6- поворотна платформа; 7 - опорно-поворотний пристрій

Рисунок 4.5 - Кривошипно-шарнірний механізм крокування

Положення I характеризує опускання лиж на опорну поверхню ґрунту. Зусилля від ваги екскаватора при цьому сприймає опорна поверхня бази 5.

Положення II відповідає підйомові бази і зсувові її вліво на величину кроку. Навантаження від ваги екскаватора при цьому передається на опорну поверхню лиж і частково на базу.

Положення Ш відповідає опусканню бази.

Положення IV - лижі піднімаються і зміщаються вліво. Навантаження від ваги екскаватора при цьому цілком сприймає база.

При обертанні кривошипного вала 4 нижня опорна точка (п'ята) ноги 2 описує складну замкнуту криву (рисунок 4.6), геометричні параметри якої залежать від радіусів кривошипа , важеля , співвідношення пліч ноги а, b, c і відстані між віссю обертання кривошипа і важеля е.

Якщо на висоті h від нижньої точки P отриманої кривій провести горизонталь, то довжина відрізка [m-n] буде відповідати теоретичному крокові екскаваторів.

Висота h приймається рівною відстані від п'яти ноги до опорної поверхні лижі. Якщо нижня точка P кривій зміщена щодо опорної поверхні бази, то висоту h необхідно скорегувати на величину .

Рисунок 4.6 - Розрахункова схема до графічного визначення довжини ходу крокуючого екскаватора

5.2 Лабораторне обладнання

Лабораторна установка, джерело живлення постійного струму, циркуль, лінійка, олівець.

5.3 Порядок виконання роботи

1 Ознайомитися з методичними вказівками.

2 По заданих параметрах кривошипно-шарнірного механізму побудувати траєкторію руху п'яти (не менш ніж для 12 положень кривошипа). Вихідні параметри видає керівник роботи.

3 Визначити довжину ходу екскаватора при h=10 мм; h=21 мм; h=32 мм.

4 Побудувати геометричні параметри експериментальної установки згідно з вихідними даними.

5 Замірити величину ходу експериментальної установки для трьох значень h.

6 Дані обчислень і експерименту занести до таблиці 5.1, визначити погрішність і зробити висновки.

Таблиця 5.1 - Значення основних геометричних параметрів кривошипно-шарнірного механізму

Н, мм	а, мм	b, мм	c, мм	, мм	, мм	е, мм	h+, мм	l, мм	Погрішність
								теор.	експ.

5.4 Зміст звіту

1 Опис конструкції крокуючого кривошипно-шарнірного механізму пересування;

2 Схема установки і розрахункова схема до графічного визначення довжини ходу крокування;

3 Результати експериментальних досліджень по визначенню довжини кроку установки та порівняльний аналіз із розрахунковими параметрами;

4 Висновки з роботи.

5.5 Питання для контролю

1 Перелічите основні види механізмів пересування екскаваторів,

2 Назвіть основні складені елементи механізму крокування.

3 Складіть схему механізму крокування із кривошипно-шарнірним приводом.

4 Які основні геометричні параметри впливають на довжину кроку?

5 Перелічите основні положення екскаватора при крокування.

екскаватор пересування землерийний гусеничний



Лабораторна робота №6 (4 години)

Дослідження кінематичних і силових параметрів гусеничного ходу землерийних машин

Мета роботи:

– вивчення особливостей формування навантажень в елементах гусеничного ходу землерийних машин з урахуванням взаємодії з опорною поверхнею ґрунту;

– дослідження кінематичних параметрів гусеничного механізму пересування при переміщенні землерийної машини та в процесі розробки ґрунту.

6.1 Загальні відомості щодо гусеничного ходового обладнання землерийних машин

Будівельна та гірничовидобувна галузі України в достатній мері забезпечена екскаваторною технікою. Найбільше поширення одержали одноковшеві екскаватори, які застосовуються для розробки, навантаження й укладання ґрунту або корисних копалин [9]. У якості ходового механізму на таких екскаваторах, у більшості випадків, використовується гусеничний привод.

Гусеничні системи землерийних машин по конструкції і умовам роботи істотно відрізняються від гусеничних систем тракторів і транспортних машин. Основні відмінності полягають у наступному [9,10,11]:

1 Вага багатьох землерийних машин значно більше ваги тракторів;

2 Положення рівнодіючої зовнішніх сил безперервно та істотно змінюється;

3 Швидкість землерийних машин значно менше швидкості тракторів;

4 Сили тяги на гаку відсутні;

5 Ходове встаткування більшості машин є допоміжним і використовується періодично й короткочасно для переміщення машини до наступної ділянки роботи.

Конструктивно, гусениці розрізняються за способом передачі тиску: малоопорні (рис. 6.1, а) і багатоопорні (рис. 6.1, б); за ступенем пристосованості до рельєфу шляху: м'які (рис. 6.1, г), напівжорсткі (рис 6.1, в) і жорсткі (рис. 6.1, а, б); за можливою наявністю гусеничних рам: рамні та без рамні; за розташуванням опорних катків: зовнішнє (рис. 6.1 а, б) і усередині (рис. 6.1, е); за положенням приводної зірочки: переднє і заднє.

В свою чергу, гусеничне ходове обладнання може бути двогусеничним (рис. 6.2, а, б, в) та багатогусеничним (рис. 6.2, г, д, е, ж, з, і ) [9].

а) б)

в) г)

д) е)

Рисунок 6.1 - Типи гусениць



а) б) в) г) д) е)

ж) з) і)

Рисунок 6.2 - Схеми гусеничних систем екскаваторів

Багатогусеничні системи одержали поширення при масі машин більше 1000 тонн. Одноковшеві будівельні та кар'єрні екскаватори місткістю ковша від 0,15 до 6 м3 , які розглядаються в даній роботі, мають двогусеничний механізм пересування.

6.2 Відомості щодо конструкції гусениць та гусеничних ланок

Гусеничні ланки ходового обладнання землерийних машин розподіляють:

а) за матеріалом виготовлення:

1) металеві;

2) резино-металеві;

3) гумові.

б) за типом шарніру, що використовується:

1) з паралельним шарніром.

2) с послідовним шарніром.

в) за типом змащення шарнірів:

1) сухий (або відкритий металевий шарнір). Переваги конструкції - простота та надійність в експлуатації. Необхідний ресурс забезпечується високими механічними властивостями деталей шарніра.

2) закритий. Оригінальне ущільнення в шарнірі «ланка-втулка» забезпечує схоронність змащення між поверхнями тертя пальця і втулки протягом усього терміну служби гусениці.

3) з рідким мастилом. Оригінальне ущільнення з армованого поліуретану та гуми забезпечує повну герметичність шарніра, чим досягається найбільший термін служби гусениці.

4) з резино-металевим шарніром. Між пальцем шарніра й траком використовується гумова втулка, вигин гусениці в місцях зчленування траків відбувається за рахунок зсуву шарів гуми, завдяки чому виключається тертя сталь по сталі й значно підвищується ресурс пальців і траків гусениці.

5) з голчасто-підшипниковим шарніром. У якості втулки використовується голчастий підшипник. Ресурс гусениці зростає, але значно ускладнена її конструкція.

г) за типом гусеничних ланок (траків):

1) литі.

2) штамповані.

3) зварні.

Гусеничні рушії екскаваторів вітчизняних виробників, та виробників з країн СНД, в більшості виконані з жорсткою рамою і боковим розташування катків. Гусеничний візок на рис. 6.3, а) складається з опорно-поворотного пристрою (1), рами (2), опорних катків (3), гусеничних ланок (траків) (4), приводного колеса (5) та натяжного колеса (6).



а) б)

а) екскаватора кар'єрного ЕКГ-8;

б) екскаватора фірми Caterpillar 330DL

Рисунок 6.3 - Приклади гусеничного ходового обладнання екскаваторів

Гусеничні ланки для даних типів екскаваторів мають собою суцільнолиту конструкцію (рис. 6.4, а) і складаються з доріжки кочення (1), вушок (2), гребенів (3), опорної плити (4). Тип шарніру - відкритий без змащення. Литі траки виготовляють з марганцевистих сталей, які сполучають у собі високу ударну в'язкість та зносостійкість.

Привідне колесо екскаватора зчіплюється з гребенями гусеничних ланок. В такому випадку кажуть про кулачково-гребеневе зчеплення.

а) б)

Рисунок 6.4 - Приклади гусеничних ланок ходового обладнання екскаваторів



Гусеничні рушії екскаваторів зарубіжних фірм (рис. 6.3, б) в більшості випадків мають цівковий тип зчеплення при якому приводне колесо (1), зчіплюється з віссю на гусеничних ланках (2).

Гусенична стрічка на рис. 6.4, б) складається з конструкцій коробчастого перетину (2), у яких дві внутрішніх ланки кріпляться до двох касет (1). Конструкції з'єднані між собою за допомогою пари зовнішніх ланок. Усе ланки: внутрішні, зовнішні, ліві й праві - абсолютно ідентичні. Вони відрізняються тільки розташуванням. Ланки мають спеціальні отвори ( 4) для кріплення опорних башмаків.

Опорна поверхня має собою штампований башмак (3), який з'єднується з гусеничною стрічкою за допомогою високоміцних болтів.

Завдяки тому, що касети (1) герметичні і наповнені консистентною змазкою, строк служби даної гусеничної стрічки у 2-3 рази більше ніж у стрічки з шарнірами сухого тертя. Однак складність конструкції і технології її виготовлення суттєво збільшує вартість стрічки.

6.3 Визначення навантажень на опорні елементи

Вивчення навантажень на елементи гусеничного ходу в різних режимах роботи, є найважливішим науковим і інженерним завданням, рішення якого дозволить створювати надійне гусеничне ходове обладнання.

Перш за все необхідно визначити навантаження від поворотної платформи на гусеничний візок. Розрахункова схема наведена на рис. 6.5.



Рисунок 6.5 - Розрахункова схема для визначення навантажень на ходовий механізм збоку поворотної платформи

Для спрощення, усі діючі зусилля приводять до рівнодіючої усіх сил Q та вибігу рівнодіючої r. [9]

Вибіг рівнодіючої розраховується за формулою

де МС - момент від неврівноважених сил поворотної будівлі, Нм;

тут rс - вибіг рівнодіючою поворотної будівлі, м;

тут Qc - рівнодіюча усіх сил збоку поворотної будівлі, Н;



Gс - сумарна вага вузлів поворотної будівлі, Н;

Gн.р - вага нижньої опорної рами, Н.

Для одноківшевих екскаваторів орієнтовно можна прийняти

, ,

де G - вага екскаватора.

Двогусенична система ходового обладнання екскаватора з жорсткою підвіскою опорних катків показана на рис. 6.6. Максимальне навантаження на гусеницю буде у випадку, якщо робоче обладнання розташовано перпендикулярно повздовжньої осі хода. Максимальне навантаження на гусеницю розраховується як

Рисунок 6.6 - Схема двохгусеничної системи з жорсткою підвіскою опорних катків

При рівномірному розподілу навантажень

Співвідношення показує ступінь нерівномірності навантажень на опорні елементи гусениць. Чим досконаліша система обпирання машини, тим ближче до одиниці це співвідношення.

Навантаження на опорні точки гусениць [9] розраховується шляхом розглядання найменш вигідного випадку, а саме - опирання на три точки. Максимальне навантаження, у разі розташування рівнодіючої Q перпендикулярно ходу (в = 900), прийдеться на каток Р3 (рис. 6.6)

.

Середнє навантаження на одну опорну точку

де і - кількість опорних точок на одній гусениці.

Ступінь нерівномірності навантажень на опорні точки (катки, гусеничні ланки) оцінюють співвідношенням

При мінімальному значенні це співвідношення змінюється від 3 (при r = 0) до 6 (при r = В/2). Зі збільшенням кількості опорних точок нерівномірність зростає.

Для чотирьохточечної статично невизначеної системи обпирання двогусеничної машини з балансирною підвіскою катків максимальне навантаження на одну опорну точку

де а - відстань між осями, що кріплять балансири на одній гусениці, м.

Середнє навантаження на одну опорну точку

Співвідношення, що оцінює нерівномірність

При r = 0 нерівномірність дорівнює 2, при r = В/2 та а/В = 1/2, ступінь нерівномірності дорівнює 3,8.

Цей факт свідчить про те, що нерівномірність навантаження для чьотирьохопорної системи значно менша ніж у багатоопорної.

6.4 Дослідження силових параметрів діючих на опорні елементи

6.4.1 Лабораторне обладнання для дослідження силових параметрів опорних елементів гусеничного ходу

Стенд для фізичного моделювання взаємодії процесу взаємодії гусеничного рушія з опорною поверхнею ґрунту та дослідження навантажень на опорні елементи наведено на рис. 6.7, а. Він складається з металевого коробу, наповненого моделлю ґрунту, у якому розташовується модель гусеничного ходу. За рекомендацією [9] модель ґрунту представляє собою рівномірну суміш 99% річного піску з 1% машинного мастила.

Для дослідження кінематики гусеничних ланок при взаємодії з ґрунтом, та розподілу деформацій в перетині ґрунту під гусеничними ланками передня стінка коробу має оглядове вікно зі шкалою (рис. 6.7, б).



а) б)

Рисунок 6.7 - Стенд для дослідження процесу взаємодії гусеничного рушія з опорною поверхнею ґрунту

Модель гусеничного ходу виконана у відповідності з теорією моделювання та подібності механічних систем будівельних і дорожніх машин [12] (рис. 6.8, а) складається з нижньої рами 1, гусеничних рам 2, змінний блок опорних катків 3 для моделювання різних варіантів установки, привода гусениць 4, опорно-поворотного пристрою 5, гусеничних стрічок 6, до складу яких входить ланка 7 з тензоелементами. Тензоланка (рис. 6.8, б) призначена для виміру вертикальних і горизонтальної складових реакцій у вушках. Стійки опорних катків оснащені датчиками для виміру вертикальних навантажень у процесі роботи (рис. 6.8, в).

Навантаження на гусеничний хід здійснюється шляхом додавання вантажу на площадки та важелі опорно-поворотного пристрою 5, зображеного на рис. 6.8, а), або шляхом монтування опорно-поворотного пристрою з робочим обладнанням типу «пряма лопата».

а) б) в)

Рисунок 6.8 - Модель гусеничного ходу

Інформаційно-вимірювальна схема, що використовується при проведенні експерименту наведена на рис. 6.9. При використанні осцилографа моделі ДО12-22 /Н-145/ після монтажної плати для підключення сигнал поступає через підсилювач ТА-5. При цьому використовується блок живлення П1001.

Рисунок 6.9 - Інформаційно-вимірювальна схема

6.4.2 Порядок виконання роботи по виміру навантажень на опорні елементи гусеничного ходу

1 Заміряти основні параметри моделі гусеничного рушія: довжину і ширину гусеничної стрічки, відстань між гусеницями, кількість та діаметр опорних катків, вагу. Вага заміряється за допомогою лабораторної кран-балки з крюковою підвіскою з вагами.

2 Зібрати та підключити вимірювальну схему.

3 Записати осцилограми:

а) навантаження на опорні катки при русі екскаватора;

б) навантаження на тензометричну ланку при русі екскаватора

в) навантаження на опорні катки при обертанні поворотної платформи екскаватора на 1800;

4 Провести тарування датчиків. З метою економії часу тарувальні коефіцієнти можуть бути видані викладачем.

5 Розрахувати ступінь нерівномірності навантажень на гусениці та опорні катки для моделі ходу.

6 За даними експериментальних навантажень на опорні катки розрахувати ступінь нерівномірності навантажень.

7 Порівняння даних теоретичних і експериментальних досліджень. Зробити висновки по роботі.

6.5 Особливості дослідження кінематичних параметрів

6.5.1 Лабораторне обладнання для дослідження кінематичних параметрів гусеничного ходу при пересування

Теоретичні розрахунки кінематичних параметрів, в силу складності окремих явищ, не можуть врахувати всіх специфічних особливостей роботи гусеничного рушія та зачеплення, тому в ряді випадків дають лише наближені рішення. Єдиним способом у таких випадках є експериментальний метод, що дозволяє визначити величини, напрямок і характер зміни кінематичних і силових параметрів в елементах гусеничного зачеплення.

При дослідженні гусеничних передач дуже важливо визначити зміну положення деталей у просторі і часі, а також характер зміни лінійних швидкостей і частоти обертання окремих деталей. Зокрема, при дослідженні динаміки і кінематики ланцюгових приводів машин використовують стенди, що моделюють умови їхньої роботи.

У якості об'єкту дослідження обрана гусенична передача з несиметричними профілями робочих поверхонь кулаків та гребенів (Авторське свідоцтво (СРСР) № 1114577А від 12.05.83р.), яка установлена на стенді для дослідження працездатності гусеничних гребневих зчеплень (рисунок 6.9, а) з криволінійними і прямолінійними елементами. Форма елементів, що сполучаються, впливає на надійність гусеничної передачі і рушія транспортних і землерийних машин.

Стенд складається із електродвигуна 1, ланцюгової передачі 2, редуктора 3, привідної зірочки 4 з несиметричними кулаками (зубцями), гусеничного ланцюга 5 і навантажувального пристрою з рухливою рамою 6, на якій встановлені відома зірочка 7, редуктор 8, електродвигун 9. Гусенична стрічка має тензоланку 10. Схема підключення тахогенератору (ТГ) для виміру швидкостей подана на рисунку 6.9, б.

а) б)

а - схема стенда; б - схема підключення тахогенератора для виміру кінематичних параметрів привода

Рисунок 6.10 - Стенд для експериментальних досліджень параметрів гусеничного привода землерийних машин



Вимір частоти обертання дуже зручно робити за допомогою тахогенераторів, принцип роботи яких заснований на одержанні ЕРС при обертанні ротора тахогенератора в полі постійного магніту (рисунок 6.10, б). Для гасіння коливань ЕРС, що виникають у вимірювальному ланцюгу внаслідок наявності контакту між колектором та щітками, у схему паралельно включено конденсатор ємністю С, а для регулювання величини вихідного сигналу - перемінний додатковий опір RД . Принцип виміру лінійних швидкостей той же, що й кутових, причому у вимірювальний ланцюг поміщений додатковий механізм, що служить для перетворення лінійного переміщення в кутове. Додатковий механізм являє собою барабан, жорстко закріплений на ланцюгу з тягою, що приводить в обертання тахогенератора (ТГ), який включено у вимірювальну схему, аналогічну попередньої.

Силові параметри в гусеничному обводі при його обертанні навколо приводної зірочки виміряються тензометричним способом за допомогою датчиків омічного опору, наклеєних на тензометричні пальці і вал ведучого колеса.

Вимір зусиль у гусеничному обводі виробляється за допомогою спеціальної тензометричної ланки. На консольній балці наклеєні тензометричні датчики, кожний з яких сприймає згинаючі деформації.

Попередньо протарував консоль, відомим навантаженням одержують тарувальні графіки (номограми). По представленій номограмі можна вирішити зворотну задачу: знаючи амплітуду відхиленні лучачи осцилографа від нульового положення, можна визначити величину навантаження, що діє на обід приводного колеса.

6.5.2 Порядок виконання роботи по виміру кінематичних параметрів гусеничного ланцюга

1 Зібрати вимірювальні схеми для виміру кінематичних (лінійна швидкість ланцюга, кутова швидкість ведучого колеса) і силових (зусиль у гусеничному ободу і крутильного моменту на приводному колесі) параметрів.

2 Зробити настроювання вимірювальних схем і установити світлові промені, що реєструють відповідні величини, у нульові положення:

- зібрати схему і прогріти тензометричну апаратуру;

- навантажити збігаючи галузі гусениці навантаженням, що зазначється керівником роботи;

- установити приводне колеса в нульове положення (тензоланка починає входити в контакт із ведучим колесом).

- на екрані осцилографа установити промені у вихідне положення.

- запис зробити для кута повороту приводного колеса в межах 0…180°.

3 Зробити не менш 3 експериментів. У процесі проведення експерименту за допомогою реєструючих приладів зафіксувати зміну силових і кінематичних параметрів.

4 Отримані осцилограми обробити методом ординат. Методика обробки осцилограм наведена в додатку А1.

5 Навести значення отриманих силових параметрів: зусиль у гусеничному ободу , і , моменту на ведучому колесі і межі їхньої зміни при переміщенні ланцюга на шлях, рівний кроку гусениці .

6 Привести значення кінематичних параметрів для цього ж шляху.

7 Зробити висновки щодо процесів, що відбуваються при передачі стискального зусилля від ведучого колеса до гусеничного ланцюга (нерівномірність руху, динамічні навантаження і т.д.).

8 Оформити звіт з виконаної частини роботи.

6.6 Лабораторне обладнання

1 Стенд для дослідження надійності гусеничних зачеплень з несиметричним профілем кулаків ведучого колеса і гребенів гусеничного ланцюга (Авторське свідоцтво (СРСР) № 1114577А від 12.05.83р.).

2 Стенд для вимірювання силових параметрів гусеничного рушія.

3 Прилади для виміру лінійної швидкості деталей ПТМ.

4 Тахогенератор ДП-26.

5 Осцилограф Н-045 або Н-145 або тензометрична система LTR-212.

6 Блок опору.

7 Монтажні прилади.

8 Тензопідсилювач ТА-5.

6.7 Зміст звіту

1 Методику визначення зусиль у гусеничних механізмах (зовнішні і внутрішні опори пересуванню).

2 Схема лабораторного стенда для дослідження кінематичних параметрів гусеничного ланцюга.

3 Схема лабораторного стенда для дослідження силових параметрів гусеничного ланцюга.

4 Результати експериментальних досліджень.

5 Висновки з роботи.

6.8 Питання для контролю

1 Наведіть конструктивну схему гусеничного механізму пересування землерийних машин.

2 Наведіть залежності для визначення потужності привода гусеничного механізму пересування.

3 Які опори пересуванню враховуються при визначенні стискального зусилля?

4 Які опори пересуванню відносяться до внутрішніх, а які до зовнішніх?

5 Від яких параметрів залежить швидкість пересування екскаватора?

6 Що таке ступінь нерівномірності навантажень на опорні точки, та від чого вона залежить?

7 Які гусеничні системи належать до мало опорних, і які до багатоопорних?

8 Конструкції гусеничних ланок, та їх особливості.

9 Особливості конструкції гусеничного приводу з кулачково-гребневим та цівковим зчепленням.

10 Що таке рівнодіюча та вибіг рівнодіючої усіх сил, що діють на гусеничний хід?

11 Яким чином визначаються навантаження на опорні точки для гусеничного механізму з жорсткою системою обпирання?

12 Переваги та недоліки гусеничного приводу.

Література

1 Подерни Р.Ю. Горные машины и автоматизированные комплексы для открытых работ /Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1979. - 615с.

2 Домбровский Н.Г., Картвелишвили Ю.1., Гальперин М.И. Строительные машины: Учеб. для вузов. - М.: Машиностроение, 1976. - 367с.

3 Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. - М.: Машиностроение, 1971. - 357с.

4 Варийчук М.И., Натоцинский В.И. Оптимизация параметров открытой разработки россыпей, - М.: Недра, 1965. - 197с.

5 Логинов Б.Н. Электрические измерения механических величин, - М.: Энергия, 1970. - 80с.

6 Владимиров В.М, и др. Карьерные роторные экскаваторы, - Киев: Техника, 1968. - 282с.

7 Ветров Ю.А. Землеройные машины. - М,: Недра, 1962. - 326с.

8 Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов строительных и дорожных машин. - М.: Высш.школа, 1981. - 336с.

9 Домбровский Н.Г. Теория и расчет гусеничного движителя землеройных машин / Н.Г. Домбровский, А.Г. Маевский, И.М. Гомозов, В.М. Гилис, «Технiка», 1970, 192 стр.

Размещено на Allbest.ru