Расчет одноковшового экскаватора с обратной лопатой
Определение основных параметров шарнирно-сочлененного оборудования экскаваторов с гидравлическим приводом. Эксплуатационные расчеты. Оценка мощности двигателя. Анализ касательных усилий на режущей кромке ковша при копании. Расчет на устойчивость.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 06.05.2016 |
| Размер файла | 661,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Земляные работы занимают большое место в строительстве, причем более половины объема работ выполняется одноковшовыми строительными экскаваторами.
Значение этих машин велико также и в других отраслях народного хозяйства, где их используют не только на погрузке и разгрузке различных материалов и монтаже конструкций, но и при выполнении мелиоративных, ирригационных, сельскохозяйственных, коммунальных и других работ.
От качества одноковшовых экскаваторов, от затрат на их изготовление и эксплуатацию во многом зависит и стоимость производимых ими работ.
Из всех основных видов сменного рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов с гидравлическим приводом (обратной и прямой лопаты, грейфера, погрузочного ковша и т. д.) чаще всего применяют рабочее оборудование обратной лопаты. Этот вид рабочего оборудования характеризуется большим числом совмещаемых операций в цикле и более тяжелым нагружением привода.
Для гидравлического экскаватора рабочее оборудование обратной лопаты следует считать расчетным видом оборудования, определяющим места крепления всех видов оборудования на поворотной платформе и мощность привода исполнительных механизмов.
Цель работы: выполнить расчет одноковшового экскаватора с обратной лопатой.
Характеристика экскаватора:
Марка ЭО-3122
Q = 0.63 м3
М = 14300 кг
Nдв = 60 кВт
Rмах = 8,1 м
Hмах = 5,2 м
tц = 16,3 с
Vмах = 3 км/ч
Характер грунта: суглинок
k = 150 кПа
с= 1600 кг/м3
м1 = 0,5
л = 33 град
f = 0,15
цсц = 0,85
мг = 0,65
kр = 1,2.
Эксплуатационные расчеты
1. Мощность наиболее энергоемкой операции копания:
,
где - удельная энергоемкость копания (для грунтов 2-й категории
q - вместимость ковша;
tк - время копания (tк =0,3·tц=0,3·16,3=5с);
- коэффициент использования мощности (принимаем=0,75);
- к.п.д. привода и рабочего оборудования (принимаем =0,6).
.
2. Мощность силовой установки:
Nсу=kк·q,
где kк- коэффициент пропорциональности (принимаем kк =88.
Nсу=88·0,63=55,5 кВт.
3. Теоретическая производительность:
.
4. Техническая производительность:
,
где - коэффициент наполнения ковша (принимаем ).
.
5. Эксплуатационная производительность:
Пэ= Пт·tр· kв,
где tр- продолжительность периода работы;
kв - коэффициент использования машины по времени (принимаем kв=0,25).
Пэ= 118,3·8· 0,25=236,6.
Определение основных параметров экскаваторов с гидравлическим приводом
При расчете рабочего оборудования экскаваторов находят длину стрелы lс и рукояти lр, радиус ковша R, координаты пяты стрелы х и у (рис. 1).
Размеры элементов рабочего оборудования по длине должны соответствовать заданным предельным рабочим параметрам экскаватора-максимальной глубине копания Нк и максимальной высоте выгрузки Нв при опущенной рукояти. Между Нк и Нв существует зависимость:
,
где b - ширина ковша; kp-коэффициент разрыхления грунта.
м.
Рисунок 1. Схема к определению параметров шарнирно-сочлененного оборудования обратной лопаты
Длина стрелы:
,
где бс - угол поворота стрелы.
м.
Увеличение угла бс позволяет сократить длину стрелы и уменьшить массу рабочего оборудования. Рекомендуемые углы поворота стрелы бс = 95... 90°.
Расстояние у от оси поворота стрелы до уровня расположения машины при бс =90° и :
.
у = 1,217+ 1,79-0,71(5,2-2,44) = 1,05 м.
Расстояние х находят по формуле:
,
где Е-половина базы машины.
.
х = 2,853 + 1,217+1,79-0,71•5,4 = 2,03 м.
Максимальное усилие копания поворотом ковша:
,
где A - заданная энергоемкость процесса копания в расчетном грунте, отнесенная к объему ковша; q - вместимость ковша.
Рмах = 176•0,63/1,217 = 91,1 кН.
Радиус приложения сил на кромке ковша R находят из соотношения, связывающего объем ковша q и его ширину b:
м,
м.
Полный угол поворота ковша относительно рукояти выбирают таким, чтобы угол заброса ковша за ось рукояти был 15...20° и при повороте рукояти на выгрузку из ковша не высыпался грунт. Полный угол поворота ковша принимают в пределах 140...160°.
Путь наполнения ковша обратной лопаты:
= 3,01 м, где mэ - масса экскаватора, т.
Зная работу, затрачиваемую на копание Ак, можно записать среднее расчетное значение усилия копания в виде:
Рср = Ак /Lк = 176/3,01 = 58.47 кН.
За расчетный принимают режим работы в конце копания, т. е. при совпадении максимального момента резания с наибольшим моментом от веса рабочего оборудования.
Длину рукояти с ковшом L следует считать равной пути наполнения ковша Lк.
Расчет рабочего оборудования
Определение мощности двигателя и параметров гидрооборудования.
Мощность насосов по удельной энергоемкости копания, N(Вт), определяем в зависимости от коэффициента удельного сопротивления копанию К(Па) по формуле:
,
где принимаем:
k01 - коэффициент удельного сопротивления копанию;
kр-коэффициент разрыхления грунта;
kн =1,1-коэффициент наполнения ковша;
tкоп-время копания, tкоп= 0,3tц =0,3•16,3 = 4,89 с;
зкоп = 0,8 - КПД системы поворота рукояти или ковша;
зпр = 0,8 - КПД использования мощности привода.
кВт.
Мощность привода насоса найдем по формуле:
кВт,
здесь зн= 0,9 - КПД насоса.
Исходя из необходимой мощности, выбираем дизельный двигатель марки Д-130 мощностью 33,1 кВт при частоте вращения 2000 об/мин.
В дальнейших расчетах проверим достаточность установленной мощности для совмещения операций, обеспечения требуемой динамики поворота и необходимых качеств. Рабочий объем гидроцилиндра поворота рукояти определим исходя из равенства работ гидроцилиндра и ковша по формуле:
м3.
Приняв по ОСТ 22-1417-79 ход поршня Lц= 1,25 м, определим диаметр гидроцилиндра:
м = 83 мм.
Принимаем по ОСТ 22-1417-79 ближайший больший диаметр цилиндра Dц= 100 мм.
Определим далее необходимую подачу насоса для обеспечения потребного времени копания
.
Для обеспечения возможности совмещения операций следует применять на экскаваторе два или три рабочих насоса или один сдвоенный насос с двумя независимыми потоками рабочей жидкости.
Принимаем по передаваемой мощности и подаче сдвоенный регулируемый аксиально-поршневой насос марки 223.20 исполнения I. Характеристика этого насоса следующая: максимальный рабочий объем - 109,6 см3; давление номинальное - 20 МПа; максимальное - 32 МПа; частота вращения 1800 об/мин.
В качестве фильтра принимаем фильтр тонкой очистки типа ФГИ 20-10(М), у которого:
Тонкость фильтрации ? 10 мкм.
Номинальная пропускная способность ? 100 л/мин;
Номинальное давление ? 20 МПа.
Номинальный перепад давления ? 0,12 МПа.
В качестве гидрораспределителя принимаем трехпозиционный золотник Р 80-3/3-444, у которого:
Q = 100 л/мин;
Рном = 20 МПа;
перепад давления ДР = 0,3 МПа.
В качестве предохранительного клапана 5 принимаем клапан предохранительный непрямого действия типа КП 20-20-2-11У, у которого:
Поток рабочей жидкости ? 100 л/мин.
Давление - 20 МПа.
Потеря давления ? 0,3 МПа.
Расчет нагрузок на рабочее оборудование
До выполнения расчетов рабочего оборудования производят его конструктивную проработку, где определяют потребные размеры для обеспечения заданных параметров. Для удобства использования полученных результатов их сводят в таблицы. При расчете данных, приведенных в табл. 1, принято следующее положение главных осей: ось х проходит на уровне опорной поверхности и направлена в сторону переднего моста; ось z направлена вверх по оси вращения поворотной платформы, ось y направлена влево. Координаты центров тяжести сборочных единиц рабочего оборудования указаны в этой таблице применительно к положению, показанному на рис. 2.
Рисунок 2. Схема к расчету экскаватора
Таблица 1. Веса, координаты центров тяжести и статические моменты основных сборочных единиц экскаватора
|
Наименование сборочных единиц |
Вес G, кН |
Координаты центра тяжести, м |
Статические моменты, кНм |
|||||
|
X |
Y |
Z |
Mx |
My |
Mz |
|||
|
Поворотная платформа с механизмами 0,41 Gэ |
58,02 |
-1,195 |
-0,039 |
1,57 |
69,33 |
-2,26 |
91,09 |
|
|
Ходовое оборудование 0,38 Gэ |
53,26 |
0,56 |
0 |
0,618 |
26,4 |
0 |
32,91 |
|
|
Стрела с гидроцилиндрами стрелы и рукояти 0,13 Gэ |
18,24 |
2,08 |
0 |
3,65 |
37,94 |
0 |
66,58 |
|
|
Рукоять с гидроцилиндром 0,037 Gэ |
5,17 |
5,58 |
0 |
4,34 |
28,85 |
0 |
22,44 |
|
|
Ковш 0,9qg |
5,56 |
6,41 |
0 |
2,72 |
35,58 |
0 |
15,11 |
|
|
Грунт в ковше qkHanгg/knp |
7,8 |
6,41 |
0 |
2,72 |
49,92 |
0 |
21,22 |
Расчет касательных усилий на режущей кромке ковша
Основными задачами расчета рабочего оборудования являются: определение усилий копания на режущей кромке (зубьях) ковша, а также нагрузок на рабочее оборудование, поворотную платформу и ходовое оборудование и др.
Необходимое касательное усилие на режущей кромке ковша определим по формуле:
.
Исходя из равенства объема ковша и снимаемой стружки:
.
Копание поворотом рукояти. Гидравлическими одноковшовыми экскаваторами, оборудованными обратной лопатой, грунт копают двумя способами: поворотом рукояти (при неподвижной стреле) или поворотом ковша (при неподвижных стреле и рукояти).
Путь копания lкоп определим по формуле:
.
В соответствии с расчетной схемой рис. 3 угол поворота рукояти:
вр =120°, lкВ = 3,01 м.
м.
м2.
Необходимое касательное усилие на режущей кромке ковша для грунтов II категории будет равно
РкII = 1,5•105•9,17•10-2 13755 Н = 13,76 кН.
Рисунок 3. Схема к определению касательных усилий на режущей кромке ковша экскаватора при копании поворотом рукояти: 1 - ось вращения поворотной части машины
Определим возможные усилия на режущей кромке ковша при копании поворотом рукояти. При расчете принимаем, что гидроцилиндр рукояти развивает постоянное рабочее усилие в зависимости от номинального рабочего давления:
Рц.р. = рраб•Fц.р. = 20•106•3,14•(0,1)2/4 = 15,7•104 Н = 157 кН.
Из суммы моментов относительно точки В на рис. 3 найдем касательное усилие на режущей кромке ковша по усилию цилиндра рукояти:
.
Таблица 2. Результаты расчета усилий на режущей кромке ковша при копании поворотом рукояти
|
Параметры |
Обозначение |
Размерность |
Показатели для точек ковша |
|||||||
|
1р |
2р |
3р |
4р |
5р |
6р |
7р |
||||
|
Плечо усилия в гидроцилиндрах рукояти |
lц.р. |
м |
0,25 |
0,48 |
0,58 |
0,61 |
0,57 |
0,46 |
0,39 |
|
|
Момент усилия гидроцилиндра рукояти |
Рц.р.l |
кН•м |
39,25 |
75,36 |
91,06 |
95,77 |
8949 |
72,22 |
61,23 |
|
|
Плечо рукояти |
lкВ |
м |
-0,16 |
0,02 |
0,23 |
0,4 |
0,54 |
0,58 |
0,59 |
|
|
Момент веса рукояти |
Gp lкВ |
кН•м |
-0,83 |
0,1 |
1,19 |
2,07 |
2,79 |
3,1 |
3,04 |
|
|
Вес ковша с грунтом |
Gk+r |
кН |
5,56 |
7,06 |
8,56 |
10,06 |
11,36 |
13,06 |
13,36 |
|
|
Плечо ковша с грунтом |
lк+rВ |
м |
-0,82 |
-0,04 |
0,73 |
1,41 |
1,91 |
202 |
2,24 |
|
|
Момент от веса ковша с грунтом |
Gk+r lrВ |
кН•м |
-6,38 |
-0,28 |
6,25 |
14,2 |
22,0 |
28,7 |
29,9 |
|
|
Результирующий момент |
?Gl |
кН•м |
46,49 |
75,74 |
83,6 |
79,5 |
64,7 |
40,42 |
28,29 |
|
|
Касательное усилие на режущей кромке ковша |
Pk |
кН |
15,44 |
25,1 |
27,8 |
26,41 |
21,5 |
13,42 |
9,4 |
Рисунок 4. Изменение усилия в процессе копания поворотом рукояти
Касательное усилие, возникающее на режущей кромке ковша, ограничивается реактивными давлениями рр в цилиндрах стрелы и ковша, а также условиями устойчивости.
.
Учитывая, что при копании ковш находится в положении 3к (рис. 3), определим наибольшее реактивное давление, возникающее в цилиндре ковша для расчетного положения 3р:
МПа < [pp]= 20 МПа.
Полученное реактивное давление оказалось меньше допустимого определяемого настройкой клапанов. Таким образом, в рассматриваемом примере касательное усилие на режущей кромке ковша при копании поворотом рукояти не ограничивается реактивным давлением в цилиндре ковша. Возможное касательное усилие на режущей кромке ковша в некоторых случаях ограничивается реактивным давлением в гидроцилиндрах стрелы.
Возможное касательное усилие на режущей кромке ковша определяют по формуле:
.
Расчеты проводят для положений 5р-7р, так как в остальных положениях устойчивость обеспечивается.
кН.
кН.
.
Расчеты показывают, что в данном случае касательные усилия на режущей кромке ковша при копании поворотом рукояти ограничиваются устойчивостью экскаватора.
Копание поворотом ковша.
Рисунок 5. Схема к расчету нагрузок на рабочее оборудование при копании поворотом ковша
Расчетное положение рабочего оборудования (рис. 5): стрела предельно опущена, а рукоять отвернута.
Промежуточные и окончательные результаты расчетов сводим в таблицу 3 и строим график зависимости Рк= f(бк).
.
Таблица 3. Результаты расчета усилий на режущей кромке ковша при копании поворотом ковша
|
Параметры |
1к |
2к |
3к |
4к |
5к |
6к |
|
|
00 |
300 |
600 |
900 |
1200 |
1500 |
||
|
Рц.к.l |
37,68 |
72,22 |
89,49 |
94,2 |
87,92 |
62,8 |
|
|
lцкс |
0,24 |
0,46 |
0,57 |
0,6 |
0,56 |
0,4 |
|
|
lтс |
-0,216 |
0,2 |
0,18 |
0,185 |
0,21 |
0,24 |
|
|
Т |
-174,3 |
351,1 |
497,1 |
509,1 |
418,7 |
261,7 |
|
|
Тl0 |
-41,83 |
86,66 |
119,1 |
122,2 |
100,5 |
62,8 |
|
|
Gk |
5,56 |
7,12 |
8,68 |
10,24 |
11,8 |
13,36 |
|
|
lko |
-0,384 |
0,06 |
0,24 |
0,288 |
0,408 |
0,38 |
|
|
Gklko |
-2,14 |
0,427 |
2,08 |
2,95 |
4,814 |
5,07 |
|
|
?M0 |
6,29 |
14,9 |
27,53 |
25,05 |
7,77 |
5,07 |
|
|
Pk |
14,6 |
28,9 |
38,9 |
29,6 |
13,8 |
9,2 |
Рисунок 6. Изменение усилия в процессе копания поворотом ковша
Расчеты на устойчивость
Такие расчеты выполняют для нескольких расчетных положений. В качестве примера проведен расчет устойчивости экскаватора для одного из положений при повороте его с груженым ковшом на выгрузку. Экскаватор (рис. 7) стоит на уклоне 5° в сторону стрелы, поворотная платформа установлена поперек ходового оборудования, ковш с грунтом на наибольшем вылете подвернут с помощью гидроцилиндра ковша под рукоять.
Центробежные силы, возникающие от поворота платформы, определим по формуле: экскаватор оборудование усилие устойчивость
F = mrщ2 = (Gr / g)(рn / 30)=0,0904Gr,
где m - масса сборочной единицы, кг;
r - радиус от оси вращения поворотной части машины до центра тяжести соответствующей сборочной единицы, м;
щ - частота вращения поворотной платформы, 1/с;
n - частота вращения поворотной платформы, об/мин;
G - вес сборочной единицы, кН;
g - ускорение силы тяжести, м/с 2.
r = x2 + y2.
Действующие центробежные силы будут равны:
- на поворотную платформу с механизмами:
Fп.п =0,0904·58,02·1,195=6,27 кН;
- на стрелу с гидроцилиндрами:
Fс =0,0904·18,24·2,08=3,43 кН;
- на рукоять с гидроцилиндром ковша:
Fр =0,0904·5,17·5,58=2,61 кН;
- на ковш с грунтом:
Fк+г =0,0904·13,36·6,41=7,74 кН.
Рисунок 7. Схема к расчету устойчивости экскаватора
Удерживающий момент определим по выражению:
Му=Gп.п · [(Хп.п+В)-Zп.п]+ Gх ·(В·- Zх ·)+Fп.п· Zп.п,
где В - расстояние от оси вращения до ребра опрокидывания, В = 1,935 м.
Му=58,02· [(-1,195+1,935)-1,57]+53,26·(1,935·- 0,618·)+6,27·1,57 = 158,65кН·м.
Опрокидывающий момент находим по выражению:
Мо= Gс· [(lc-B)+Zc]+ Fc· Zc+ Gp· [(lp-B)+Zp]+ Fp· Zp+ + Gк+г· [(lк+г-B)+Zк+г]+ F к+г · Z к+г
Мо= 18,24· [(2,08-1,935)+3,65]+ 3,43· 3,65+ 5,17· [(5,58-1,935)+4,34]+ 2,61· 4,34+3,36· [(6,41-1,935)+2,72]+ 7,74 · 2,72 = 136,76 кН·м.
Коэффициент запаса устойчивости найдем по формуле:
kу= Му/ Мо=158,65/136,76=1,16> [kу]=1,15.
Аналогичным образом определяют устойчивость экскаватора для других расчетных положений. Для случаев недостаточной устойчивости вводят дополнительные противовесы, изменяют условия опирания (например, путем установки выносных опор).
Список литературы
1. Беркман И.Л., Буланов А.А., Ранев А.В., Рустанович А.В., Скворцов Г.С., Смирнов О.А./ Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом. - М.: Машиностроение, 1971. - 303 с.
2. Машины для земляных работ / Под ред. Ю.А. Ветрова. - К.: Выща шк., 1981. - 384 с.
3. Машины для земляных работ / Под ред. Н.Г. Гаркави. - М.: Высш шк., 1982. - 335 с.
4. Теория, конструкция и расчет строительных и дорожных машин / Под ред. Л.Н. Гобермана. - М.: Машиностроение, 1979. - 407 с.
5. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах, т.2/Под редакцией А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерекова, - 4 изд. перераб. и доп. - М.: "Машиностроение", 1985. 496 с.
6. Проектирование машин для земляных работ /Под ред. А.М. Холодова. - Х: Изд-во при Харьк. Ун-те, 1986. - 272 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет рабочего оборудования строительно-дорожной машины и технологической схемы выполнения работ. Выбор базового трактора, расчет производительности и конструкции ковша. Тяговый расчет, определение параметров усилий и скоростей, устройство гидросистемы.
курсовая работа [472,0 K], добавлен 14.11.2010Расчет одноковшового экскаватора, баланс мощности. Бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением, основные параметры отвалов. Элеватор с дисковым сферическим ножом и поперечным конвейером. Методика расчета скреперов, вместимость ковша.
учебное пособие [2,7 M], добавлен 17.10.2013Общие сведения о траншейных роторных экскаваторах. Назначение и принципиальная схема рабочего органа. Взаимодействие зубьев с грунтом. Расчет параметров траншейного экскаватора. Определение усилий, действующих на его опорные элементы, расчет мощности.
курсовая работа [281,4 K], добавлен 13.12.2014Классификация экскаваторов непрерывного действия. Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами. Технические характеристики роторов и конвейеров. Процесс работы машин, их устройство и системы, рабочие параметры и основные эксплуатационные показатели.
лабораторная работа [7,5 M], добавлен 27.01.2016Назначение роторных траншейных экскаваторов. Описание кинематической, гидравлической схем роторного траншеекопателя. Определение средней величины удельной работы копания, требуемой мощности экскаватора и выбор двигателя. Определение расчетных нагрузок.
курсовая работа [761,0 K], добавлен 19.04.2011Классификация экскаваторов на машины непрерывного действия - многоковшовые и периодического (цикличного) действия – одноковшовые. Эксплуатационные требования к рабочему оборудованию гидравлических экскаваторов. Технические особенности бревнозахвата.
реферат [1,2 M], добавлен 19.04.2010Однопролетная шарнирно-опертая балка. Расчет толщины настила и погонной нагрузки на второстепенную балку. Расчетный изгибающий момент для длины балки настила. Расчетное сопротивление стали на срез. Определение внутренних усилий и высоты стенки.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.06.2012Сведения о грунте, о лотке непроходного канала. Определение размеров траншеи для укладки трубопровода. Выбор экскаватора по техническим характеристикам. Определение условий работы экскаватора навымет. Расчет производительности работы экскаватора.
курсовая работа [640,3 K], добавлен 23.05.2015Расчет полки плиты. Определение внутренних усилий в плите. Расчет лобового ребра. Определение внутренних усилий в лобовом ребре плиты лестничной клетки. Расчет наклонного сечения ребра на действие поперечной силы. Конструирование второстепенной балки.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 11.09.2011Расчет дощатого настила из древесины под рулонную кровлю и стропильной ноги на прочность и жесткость. Определение несущей способности шарнирно-закрепленной деревянной стойки составного сечения. Проверка прочности межквартирной бетонной стеновой панели.
практическая работа [170,8 K], добавлен 14.02.2014
