Технологія використання одноковшевого екскаватора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Актуальність задачі розрахунку параметрів одноковшевого екскаватора

Вступ

Вдосконалення і прискорення будівельного виробництва, піднесення його на якісно новий рівень можливий виключно тільки за рахунок індустріалізації і комплексної механізації основних трудомістких робіт з кінцевою метою повного виключення ручної праці.

Широке впровадження комплексної механізації сприяє скороченню термінів будівництва та його собівартості, підвищенню продуктивності праці. У свою чергу, комплексна механізація неможлива без насиченості будівництва необхідною кількістю високопродуктивних машин і устаткування.

Однією з таких машин є одноковшевий екскаватор (ОЕ), ефективність експлуатації якого значною мірою залежить від робочого обладнання (РО), встановленого на ньому. Одноковшеві екскаватори є одним з найбільш універсальних засобів механізації при виробництві земляних робіт на промислових підприємствах, будівельних майданчиках.

Підвищення конкурентоспроможності створюваних одноківшевих екскаваторів, що є підкласом багатоцільових технологічних машин, забезпечують не лише зниженням собівартості, а більшою мірою підвищенням якості машин і максимальної відповідності конкретним вимогам споживача за рахунок різноманітності змінного робочого устаткування і робочих органів. Робоче устаткування екскаватора виступає в ролі системоутворюючого чинника, визначаючи концепцію, техніко-експлуатаційні властивості і ефективність машини в цілому. Тому важливу роль для машинобудівних організацій відіграє вдосконалення робочого обладнання одноковшевих екскаваторів, спрямоване на підвищення їх вантажопідйомності, маневреності, продуктивності і точності виконання робіт, розширення зони дії, а також зниження динамічних навантажень на людину оператора. Останнє обумовлює жорсткі вимоги до етапу проектування, на якому визначаються основні технічні, технологічні і економічні параметри машини.

Тут особливо важлива узгодженість математичних моделей фізичних процесів і процедур структурно-компонувального проектування і інтеграція інформаційних потоків, що зв'язують їх, на базі технології інформаційної підтримки життєвого циклу виробу. Розвиток конструкцій, приводів і органів управління сприяє подальшому зростанню складності проектних завдань і стримується практичною вичерпаністю ресурсу традиційної технології теоретичного дослідження і проектування. Існуючі методологічні підходи і програмні засоби проектування дають лише часткове рішення проблеми цілісності, не враховують необхідність інформаційного обміну по етапах життєвого циклу машини, не забезпечують процесів накопичення інформації, а діяльність розробників складних машин до яких відноситься екскаватор має бути підкріплена зусиллями програмістів.

Основним етапом проектування робочого обладнання одноковшевих екскаваторів є проведення статичних і динамічних розрахунків. Такі дослідження на початкових етапах проектування робочого обладнання із застосуванням систем автоматизованого проектування (САПР) дозволяють скоротити витрати на експериментальні роботи з виявлення дефектів і вдосконалення конструкцій.

Використання САПР дозволяє домогтися зменшення похибок при проектуванні робочого обладнання одноковшевого механізму.

Виходячи з вищевикладеного, актуальними є розробка нових підсистем проектування, удосконалення існуючих методів і способів підвищення ефективності систем проектування робочого органа одноковшевого екскаватора. Рішення цих задач можливе тільки на основі теоретичних і експериментальних досліджень робочих характеристик одноковшевих механізмів, розробки адекватних математичних моделей, що достовірно відображають їх зв'язок та створення повного інформаційного забезпечення для проектування.

1. Дерево цілей

Основні проблеми, що виникають у процесі проектування екскаваторів модна вирішити за рахунок створення імітаційної моделі для реалізації якої необхідно розробити бібліотеку розрахункових процедур, що і є метою даної роботи. Для створення якісного базового програмного забезпечення необхідно визначити цілі його розробки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 Дерево основних цілей розробки математичної моделі

Цілі, як правило, задаються у вигляді загальних цільових установок для системи в цілому і тому потребують деталізації і конкретизації у міру просування вниз по рівнях ієрархічної структури системи. Чим точніше сформульовані цілі системи, тим легше вибрати засоби для їх реалізації. Дерево цілей дає структуру завдань, які необхідно вирішити для досягнення головної мети процесу розробки. Головні цілі розробки автоматизованої системи проектування екскаваторів наведено на рисунку 1.1.

ІІ.1. Зменшення витрат

ІІІ.1.1. Зменшення собівартості проекту

ІІІ.1.2. Зменшення строків отримання проектних рішень

ІІ.2. Підвищення ефективності системи

ІІІ.2.1. Підбір оптимальних параметрів робочого органа

ІІІ.2.2. Визначення характеристик навантажень

ІІІ.2.3. Визначення впливу зовнішнього середовища

ІV.2.3.1. Визначення допустимого діапазону зовнішніх температур

ІV.2.3.2. Визначення допустимих значень зовнішнього навантаження

ІV.2.3.3. Визначення реакцій ґрунту

ІІ.3. Підвищення точності розрахунків

ІІІ.3.1. Розрахунок робочого обладнання

ІV.3.1.1. Визначення основних параметрів обладнання

ІV.3.1.2. Розрахунок параметрів ковша, стріли, рукояті

ІІІ.3.2. Визначення зусиль і навантажень

ІІІ.3.3. Визначення розрахункових схем параметрів одноківшевого механізму.

Задачі, які необхідно вирішити для створення автоматизованої системи можна представити у вигляді схематичного дерева (рисунок 1.2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.2 Структура задач для розробки САПР екскаватора

1.1 Класифікація та основні частини екскаваторів

Загальна класифікація

Екскаваторами називаються землерийні машини, призначені для копання і переміщення ґрунту. Всі екскаватори залежно від використання робочого часу для копання ґрунту ділять на дві великі групи: безперервної дії - багатоковшеві і періодичної (циклічної) дії - одноковшеві.

Багатоковшеві екскаватори обидві операції - копання ґрунту і його переміщення - виконують одночасно; одноковшеві ці операції виконують послідовно, перериваючи копання на час переміщення ґрунту. Таким чином, робочий час машини, протягом якого вибирають ґрунт, і продуктивність багатоковшевих екскаваторів вище, ніж одноковшевих. Однак, одноковшеві екскаватори поширені ширше унаслідок їх універсальності, тобто можливості застосовувати їх як на земляних, так і на вантажно-розвантажувальних роботах у найважчих, в тому числі скельних ґрунтах. Багатоковшеві екскаватори в основному використовують при ритті траншей і видобутку нерудних матеріалів в кар'єрах з однорідними ґрунтами без кам'яних включень.

За способом переміщення екскаватори бувають сухопутні і плавучі.

За конструкцією ходового пристрою сухопутні екскаватори підрозділяють на гусеничні, колісні та крокуючі (останні застосовують тільки в одноківшових екскаваторах).

За типом вживаного основного (первинного) двигуна екскаватори бувають дизельними або електричними. Вибір двигуна визначається умовами, в яких працюватиме екскаватор. Так, дизелі використовують на екскаваторах там, де машину потрібно порівняно часто перевозити з місця на місце, наприклад на будівництві нафто- і газопроводів, залізничних і шосейних доріг, цивільному будівництві і т. п. На екскаваторах, постійно працюючих в одному місці, наприклад в кар'єрах з видобутку нерудних матеріалів, вигідно застосовувати електродвигуни, які простіші і дешевші в експлуатації.

За приводом механізмів розрізняють екскаватори одномоторні, у яких всі робочі механізми приводяться одним або декількома двигунами, що працюють на один вал, і багатомоторні, у яких робочі механізми приводяться декількома двигунами, незалежно працюючими один від одного. Всі будівельні одноковшеві екскаватори з механічним приводом випускають одномоторними. Багатомоторний привід застосовують на будівельних гідравлічних екскаваторах.

За типом силових передач руху від двигуна до робочих механізмів будівельні екскаватори діляться на механічні і гідравлічні. У механічних екскаваторів рух передається безпосередньо від первинного двигуна до всіх механізмів за допомогою валів, шестерень, черв'ячних пар, ланцюгових та інших механічних передач (механічна трансмісія). У гідравлічних екскаваторів роль трансмісії виконують гідронасос (один або декілька), трубопроводи та гідродвигуни (гідромотори або гідроциліндри).

Крім перерахованих ознак класифікації, екскаватори кожної з груп відрізняються один від одного призначенням, розмірами і потужністю. В роботі будемо розглядати тільки одноковшеві екскаватори.

1.2 Класифікація одноківшевих екскаваторів та його основні частини

Одноківшеві екскаватори за призначенням ділять на три основні групи: будівельні універсальні, призначені для земляних та навантажувально-розвантажувальних робіт у будівництві; кар'єрні - для роботи в кар'єрах на розробці рудних і вугільних родовищ, а також скельних порід; розкривні - для розробки корисних копалин (вугілля, руди) відкритим способом. До останньої групи відносяться також і потужні крокуючі екскаватори - драглайни, використовувані на гірських роботах для перекидання верхніх шарів порід у вироблений простір, а також на будівництві великих гідротехнічних споруд.

Крім цих основних груп випускають ще спеціальні екскаватори, призначені для використання в певних специфічних умовах: підземні - для підземної розробки корисних копалин при великій потужності пласта, тунельні - для навантаження підірваної породи при проходці тунелів, торф'яні - для видобутку торфу та ін. Далі більш детально розглянемо універсальні будівельні одноковшеві екскаватори.

Розглянемо основні частини одноківшевого екскаватора. Сучасний одноківшевий екскаватор складається із наступних основних частин:

· робочого обладнання;

· робочого механізму;

· ходового обладнання;

· поворотної частини;

· силового обладнання.

Вигляд та складові частини одноківшевого гусеничного екскаватора із зворотною лопатою наведено на рисунку 1.4.

Рисунок 1.4 Екскаватор з робочим обладнанням зворотна лопата

1- гусеничний ходовий пристрій; 2- опорно-поворотний пристрій;

3-поворотна платформа; 4- двигун; 5- кабіна машиніста; 6- шарнір з'єднання стріли з поворотною платформою; 7- нижня частина стріли;

8- верхня частина стріли; 9- тяга; 10,11,12- гідроциліндри; 13- рукоять;

14- важіль ковша; 15- ківш

1. Ходовий пристрій (рис. 1.5) сприймає і передає на основу (ґрунт) навантаження від маси машини і навантаження, що виникають при роботі, а також забезпечує пересування екскаватора. Він буває наступних типів:

· Г - гусеничний з мінімально допустимою опорною поверхнею гусениць;

· ГУ - гусеничний зі збільшеною опорною поверхнею гусениць, призначений для роботи на ґрунтах з низькою несучою здатністю;

· П - пневмоколісний, що дозволяє збільшити мобільність екскаватора, полегшити і прискорити його перекидання власним ходом з одного будівельного об'єкта на інший;

· Ш - спеціальне шасі автомобільного типу, що відрізняється від типу П тим, що, окрім двигуна, встановленого на поворотній частині екскаватора, на шасі встановлений більш потужний двигун, що забезпечує пересування екскаватора з великою швидкістю; ходовий пристрій типу Ш має міцну і низьку спеціальну раму, що відрізняється по конструкції від рами шасі вантажного автомобіля;

· А - шасі вантажного автомобіля;

· Тр - тракторний (зазвичай використовують пневмоколісні трактори).

Рисунок 1.5 Ходовий пристрій

1 - механізм управління поворотом коліс; 2 - ходова рама; 3 - коробка передач; 4 - опорно-поворотний пристрій; 5 - центральний колектор; 6 - карданний вал; 7 - міст задній; 8 - опора-відвал; 9 - ящик-підніжка; 10 - передній міст; 11 - колесо їх шиною

2. Поворотна частина складається з поворотної платформи з механізмами і силовим обладнанням. Вона служить основою для встановлення на ній механізмів екскаватора та робочого обладнання.

Поворотна платформа спирається через спеціальний роликовий опорно-поворотний пристрій на раму ходового пристрою і може повертатися відносно нього в горизонтальній площині. Одна і та ж поворотна платформа може бути встановлена на ходові пристрої різних типів.

Залежно від кута повороту поворотної платформи в горизонтальній площині екскаватори називають повноповоротними або неповноповоротніми.

Поворотна частина повноповоротного екскаватора може обертатися навколо вертикальної осі на необмежений кут. У машин цього типу (Рис.1.6.а) на поворотній платформі встановлені двигун і основні робочі механізми, а також укріплено робоче обладнання. Неповноповоротніми виготовляють лише невеликі екскаватори на базі тракторів (Рис.1.6,б). У цих екскаваторів відсутня поворотна платформа, а робоче обладнання укріплено за допомогою поворотної колонки безпосередньо на ходовому пристрої , щодо якого воно обертається на обмежений кут.

Рисунок 1.6 (а) Повноповортний екскаватор з механічним приводом на гусеничному ходу з гнучкою підвіскою робочого обладнання; (б) Неповноповортний екскаватор з гідравлічним приводом на базі трактору зі жорсткою підвіскою робочого обладнання

3. Робочим обладнанням називається комплекс вузлів екскаватора, що містить робочий орган (наприклад, ківш, крюк або грейфер, за допомогою якого копають ґрунт, піднімають вантаж, захоплюють сипкі і кускові матеріали) і забезпечує його дію в зоні роботи екскаватора.

Основний робочий орган екскаватора - ківш - призначений для копання, утримування при переміщенні і розвантаженні ґрунту або іншого матеріалу. Копанням називається одночасне зрізання ґрунту і заповнення ним ковша. Частина ґрунту, що зрізається називається стружкою (Рис.1.7).

Робочий процес одноковшевого екскаватора складається з розробки та переміщення ґрунту, і пересування екскаватора до забою, після того як з місця стоянки екскаватора стане незручно або неможливо продовжувати подальшу розробку ґрунту. Під час пересування екскаватора робота не проводиться, тому час, що витрачається на пересування, слід максимально скорочувати. Робочий цикл екскаватора складається з наступних операцій:

1. Власне копання ґрунту (зрізання ґрунту і заповнення ним ковша).

2. Виведення ковша з ґрунтом із забою, щоб забезпечити можливість безперешкодного повороту платформи.

3. Переміщення заповненого ґрунтом ковша до місця розвантаження, для чого або повертають платформу з робочим обладнанням (у повноповоротних), або тільки робоче обладнання (у неповноповоротних машин).

4. Розвантаження ґрунту з ковша у відвал або в транспортний засіб.

5. Переміщення ковша (поворот платформи) до забою.

6. Опускання ковша для підготовки до наступної операції копання.

Рисунок 1.7. Копання ґрунту ковшем екскаватора: 1 - корпус ковша, 2 - ріжуча частина (зубці), 3 - стружка, 4 - призма волочіння, С - товщина стружки

По виду конструктивного виконання робочого обладнання екскаватори бувають з гнучкою підвіскою, жорсткою і телескопічною стрілою.

У екскаваторів з гнучкою підвіскою стріла, а іноді і робочий орган (наприклад, ківш) підвішені на канатах, якими приводяться в дію .

У екскаваторів з жорсткою підвіскою стріла і інші елементи робочого обладнання з'єднані шарнірно один з одним і приводяться в дію гідроциліндрами.

З телескопічною стрілою випускають екскаватори-планувальники, у яких висування і втягування стріли є робочими рухами.

Універсальний будівельний екскаватор має звичайно декілька видів робочого обладнання, якими він може працювати залежно від умов експлуатації. Ці види робочого обладнання можуть легко замінюватися одне одним , тому вони називаються змінними. Робоче обладнання з жорсткою підвіскою (шарнірно-важільні) і з телескопічною стрілою застосовують тільки на гідравлічних екскаваторах. Робочий орган до робочого обладнання також кріплять гнучким або жорстким зв'язком.

1.3 Композиційний аналіз робочого органу одноковшевого механізму

Згадаємо, що за типом силових передач руху від двигуна до робочих механізмів будівельні екскаватори діляться на механічні і гідравлічні, тому розглянемо робоче обладнання за такою ж класифікацією (рис. 1.8).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.8 Класифікація робочого обладнання екскаваторів

1.4 Типи ковшів екскаватора

Ківш - звичайний, найчастіше використовуваний робочий орган одноковшевого екскаватора, що руйнує і переміщає ґрунт. При розробці міцних і скельних ґрунтів використовують: зміцнені ковші зменшеною ємності, ґрунтів 11-111 категорій міцності - стандартної ємності, слабких ґрунтів і легких матеріалів - полегшені ковші збільшеної місткості.

Для розробки ґрунтів використовують ковші (Додаток Б):

- для звичайної - стандартного профілю;

- для зачисних і планувальних робіт - розширені ковші;

- для прочищення і профілювання канав - профільні ковші;

- для навантаження складованих сипучих матеріалів - грейферні ковші;

- для розробки ґрунтів, навантаження сипучих матеріалів і штучних вантажів нестандартної конфігурації, підгрібання і розрівнювання ґрунту - ковші з щелепним захопленням.

Зазвичай ківш має ріжучий периметр, що складається з горизонтального і бічних вертикальних профілів, бічні стінки і днище, утворене гнутим сталевим листом. Для розробки міцних ґрунтів використовуються ковші, у яких горизонтальний і бічні профілі оснащені зубами.

Для копання слабких або сипучих ґрунтів можуть використовуватися ковші з напівкруглої ріжучої кромкою горизонтального профілю. Зуби і ріжучі периметри виготовляють з високоміцних зносостійких сталей, а система їх кріплення до ковша повинна забезпечувати швидку і нетрудомістку заміну.



Рисунок 1.9 Стандартний екскаваторний ківш «зворотна лопата»:

1 - горизонтальний профіль, 2 - зубці, 3 - бокові зубці, 4 - бокові стінки,

5 - днище ковша, 6 - коробка жорсткості, 7 - кронштейни з проушинами

Робоче обладнання «пряма лопата»

Пряма лопата - робоче обладнання, призначене для розробки ґрунту вище рівня стоянки екскаватора. Прямою лопатою ґрунт копають у напрямі від екскаватора. Розглянемо робоче обладнання «пряма лопата» для екскаваторів з механічним та гідравлічним приводом. В комплект обладнання прямої лопати входять стріла, рукоять з сідловим підшипником, ківш з днищем, що відкривається, напорний механізм (у екскаваторів 1ї і 2ї розмірних груп напорний механізм відсутній), поліспасти підйому стріли і ковша.

Рисунок 1.10 Ківш з механічним приводом і однобалочна рукоять прямої лопати

1 - корпус, 2 - приплив, 3 - днище, 4, 7, 10, 11 - пальці, 5 - тяга, 6 - рукоять, 8 - брус, 9 - обойма, 12 - пояс, 13 - зубці, 14 - засув, 15 - стакан

Ківш прямої лопати - комбінована конструкція з литих і зварних деталей (рис.1.10.). Зубці мають хвостовик, що звужується до кінця, який входить в гніздо козирка. До задньої стінки ковша приварені вушка для пальців 4 і 10, що з'єднують ківш з руків'ям 6 і днище 3 ковша з його корпусом, а також вушка для пальця 11, на якому шарнірно змонтована обойма 9 блоку підйому ковша. Задня та бокові стінки ковша посилені поясами 12. одноковшевий екскаватор грейфер навантажувач

Днище ковша може повертатися навколо пальця 4. При вертикальному положенні рукояті 6 (ківш опущений) днище закривається і в закритому положенні утримується засувом 14. Щоб відкрити днище, потрібно підняти ківш і висмикнути засув з отвору припливу 2. При цьому під впливом власної ваги і ґрунту, що знаходиться в ковші, днище відкривається. Для регулювання кута нахилу ковша щодо рукояті є три отвори , в одне з яких встановлюють палець 7; при роботі на дуже щільних ґрунтах палець 7 переставляють в передній отвір, задній отвір використовують на легких ґрунтах і в низьких забоях висотою до 1,5-2 м. Для оберігання головних блоків 3 стріли від поломок під дією ударів при дуже великому підйомі ковша на руків'ї закріплений дерев'яний брус 8.

У комплект обладнання прямої лопати з гідравлічним приводом входять: стріла, рукоять, ківш із зубцями і гідроциліндри підйому стріли і повороту рукояті. При копанні ківш рухається знизу вгору і від машини в сторону забою. Устаткування прямої лопати виконується в двох варіантах: з жорстко закріпленим на рукояті ковшем (неповоротним) і з поворотним ковшем, приєднаним до рукояті шарнірно. Для приводу повороту ковша використовується гідроциліндр. За рахунок повороту ковша поліпшується його наповнення і підвищується точність вивантаження.



Рисунок 1.11 Неповоротний ківш прямої лопати (а) та механізм відкривання його днища (б)

1 - корпус, 2 - днище, 3 - тяга, 4 - рукоять, 5 - зуб, 6 - вісь кріплення рукояті, 7 - вісь петель днища, 8 - пружинний засув, 9 - ланцюг, 10 - важіль, 11 - гідроциліндр, 12 - вісь, 13 - упор важеля, 14 - упор днища, 15 - шток засуву

Неповоротний ківш (Рис.1.11) прямої лопати екскаватора призначений для важких робіт і являє собою комбіновану конструкцію з литих та зварних деталей. Ківш складається з корпуса 1, днища 2 і змінних зубців 5.

Передня стінка корпусу ковша - лита. Задні та бокові стінки зверху і знизу посилені поясами. До задньої стінки приварені проушини для кріплення за допомогою осей 6 і 7, тяги 3 та петель днища 2. Зубці 5 закінчуються хвостиком, що звужується, який входить у гніздо козирка передньої стінки. Від випадання з гнізда зуб утримується шплінтом. Під час заміни зношеного зубця шплінт видаляють.

Робоче обладнання «зворотна лопата»

Зворотна лопата - робоче обладнання, призначене для розробки ґрунту нижче рівня стоянки екскаватора при ритті котлованів, траншей (рис. 1.12). На відміну від прямої лопати зворотною лопатою ґрунт копають рухом ковша в напрямку до екскаватора.



Рисунок 1.12 Ківш (а) та додаткова стійка (б) зворотної лопати

1 і 2 - зубці, 3,4 і 7 - пальці, 5 і 6 - отвори, 8 - тяги, 9 - портал, 10 - блоки підйомного канату

Для екскаваторів з механічним приводом зворотна лопата складається з ковша, жорстко закріпленого на рукояті, яка шарнірно приєднана до верхнього кінця стріли. Рукоять може повертатися за годинниковою стрілкою або проти неї при натягу одного (тягового або підйомного) канату з одночасним ослабленням другого. Кут нахилу стріли зворотної лопати, шарнірно укріпленої в проушинах поворотної рами, безперервно змінюється в процесі роботи: при загальмованому тяговому канаті стріла піднімається під час намотування підйомного канату на барабан лебідки і опускається при відгальмовуванні барабана. Підйомний канат підтримується блоками нерухомої додаткової стійки.

Ківш зворотної лопати має литий козирок і зварений корпус. Крім змінних зубців 1, на ріжучій кромці козирка ківш зворотної лопати має зубці 2, укріплені на його бічних стінках. Призначення цих зубців - підрізати бічні стінки траншеї, щоб уникнути заклинювання в них корпусу , що може викликати зайву витрату енергії на подолання тертя ковша об стінки траншеї. Крім того, зубці 2 дозволяють при необхідності розширювати відриту траншею.

Для екскаватору з гідравлічним приводом робоче обладнання зворотної лопати складається з ковша, стріли, рукояті і гідроциліндрів підйому стріли, повороту рукояті і ковша. Розробка ґрунту проводиться як поворотом ковша щодо рукояті, так і поворотом рукояті щодо стріли. При копанні ківш рухається зверху вниз, від забою до екскаватора. Ківш зворотної лопати не має днища, що відкривається і може повертатися щодо рукояті 8 за допомогою гідроциліндра. Поворотом ковша здійснюється не тільки копання , але і вивантаження ґрунту, а також зачистка підстави забою. Передня стінка ковша має зуби, число яких залежить від його ширини. Ковші, призначені для риття траншей, можуть мати зуби на бічних стінках.

Драглайн

Драглайн - робоче обладнання для розробки ґрунту нижче рівня стоянки екскаватора з ковшем, підвішеним на канатах і копаючим в напрямку до екскаватора. Глибина копання, висота вивантаження ковша і відстань, на яку може бути покинутий ківш (радіус копання) драглайна, значно більше, ніж у прямої і зворотної лопат. Тому драглайн використовують для риття великих котлованів і траншей, а також для відсипання насипів, зокрема на будівництві каналів, автомобільних доріг і залізниць.

Рисунок 1.13 Загальна схема драглайна

1- ківш, 2 і 4 - тягові і стрілові канати, 3 - наводка тягового канату, 5 - рухома траверса, 6 - канати підвіски стріли, 7 - підйомний канат, 8 - ґратчаста стріла

Ківш драглайна частіше виготовляють з козирком, відлитим з високомарганцовистої сталі. Ківш підвішують на шарнірах на два підйомних ланцюга, які закріплюють пальцями в проушинах, розташованих ближче до задньої частини ковша і приварених до його бічних стінок.

Верхніми кінцями підйомні ланцюги укріплені на обоймі перекидного блоку, до якого кріплять також підйомний канат. Якщо послабити тяговий канат, то ківш перекинеться зубцями вниз, повернувшись на пальцях в проушинах, і повисне на підйомних ланцюгах. Для вільного повороту ковша під час перекидання підйомні ланцюги розсунуті розпіркою.

На драглайнах, крім ковшів з прямолінійною ріжучою кромкою, встановлюють ковші напівкруглої форми (без зубців або із зубцями в середній частині), місткість яких в 1,3-1,5 рази більше.

Грейфер

Грейфер - робоче обладнання для розробки ґрунтів нижче і вище рівня стоянки екскаватора, для навантаження і розвантаження сипучих матеріалів, а також для деяких видів земляних робіт в м'яких ґрунтах (риття колодязів і глибоких котлованів, очищення ставків і каналів). Грейфери бувають одно-і двоканатні. На екскаваторах зазвичай застосовують двоканатні грейфери. Грейфери шарнірно підвішуються до рукояті зворотної лопати замість ковша.

Грейферне обладнання включає подовжену решітчасту стрілу, двощелепний грейферний ківш, підйомний та замикаючий канати. Наповнення ковша здійснюється в результаті змикання його щелеп при натягненні замикаючого і при послабленні підйомного канатів. Розвантаження ковша здійснюється при послабленні замикаючого канату.

Рисунок 1.14 Схема грейфера, підвішеного на екскаватор

1 - грейфер, 2 і 7 - відтяжний і підтримуючий канати, 3 - стріла, 4 - блоки відтяжного канату, 5 - вантаж відтяжного пристосування, 6 - замикаючий канат, 8 і 9 - барабани замикаючого і підтримуючого канату, 10 і 13 - верхня і нижня головки, 11 - тяги, 12 - нижні блоки поліспасту замикаючого канату, 14 - щелепи; I - IV - положення грейфера

На екскаваторах з гідравлічним приводом встановлюють жорстко підвішені грейфери, у яких необхідний тиск на ґрунт при врізання створюється примусово за допомогою гідроциліндрів робочого обладнання. Це дозволяє ефективно розробляти щільні ґрунти незалежно від маси грейфера. Грейферне обладнання складається з складової стріли з гідроциліндром ї, рукояті зворотної лопати з гідроциліндром, двощелепного грейферного ковша і гідроциліндра для замикання і відкривання щелеп ковша.

Рисунок 1.15 Грейфер гідравлічного екскаватора

1 - стріла, 2 - циліндр рукояті, 3 - рукоять, 4 - підвіска, 5 і 7 - пальці, 6 і 9 - шланги до гідроциліндру і механізму повороту ковша, 8 механізм повороту ковша, 10 - гідроциліндр ковша, 11 - стійка, 12 - повзун, 13 - тяги, 14 - ківш, 15 - вісі

Зачерпування або копання проводиться зімкненням щелеп ковша за допомогою гідроциліндра. У комплект робочого обладнання грейфера може входити також механізм повороту, що забезпечує поворот ковша в плані на 120 - 180 ° в обидві сторони. Щелепи ковша грейфера зварені в основному з листового металопрокату. Бічні стінки спереду і зверху мають підсилюючі пояса. Такий же підсилюючий пояс зроблений зверху і на задній стінці. Зубці щелепи приварені до козирка. Як ріжуча кромка, так і зубці покриті зносостійким наплавленням. Проушини призначені для з'єднання щелепи з підвіскою ковша. Для глибокого копання колодязів до 30 м, траншей і котлованів в обладнанні грейфера використовують подовжуючі проміжні вставки.

Навантажувач

Екскаватор з обладнанням навантажувача застосовують для навантаження сипучих і дроблених матеріалів вище рівня стоянки машини, екскавації і навантаження в автосамоскиди (або відсипання у відвал) незалежаних ґрунтів I - II категорій, а також легких планувальних робіт на рівні стоянки екскаватора. Місткість ковша навантажувача, як правило, в 1,5 - 2 рази більше місткості ковша зворотної лопати, що значно підвищує продуктивність екскаватора при навантажувальних роботах.

У комплект обладнання навантажувача входять: ківш, циліндр ковша, рукоять з циліндром і стріла з циліндром (рис.1.16). Характерною особливістю навантажувального обладнання є його спеціальна кінематична схема, що забезпечує прямолінійну (горизонтальну) траєкторію руху ковша при його впровадженні в штабель і планувальних роботах.

Рисунок 1.16 Ківш навантажувача

1 - проушина, 2 і 7 - бокова і задня стінки, 3,6 і 8 - ребра, 4 - козирок, 5 - зубці, 9 - шплінт, 10 - днище, 11 - ріжуча кромка

Задня стінка ковша навантажувача 7 округлена , а бічні 2 прямі. Плоске днище 10 закінчується козирком 4, в якому закріплені п'ять зубців 5. Від випадіння зубці утримуються шплінтами 9. Ребра 3, 6 і 8 надають ковшу необхідну міцність і жорсткість. У ковша відкрита тільки передня частина, тому для розвантаження ґрунту або сипучих матеріалів ківш розвертають за допомогою гідроциліндра і тяг навколо шарнірів кріплення до підвіски.

Стріла екскаватора

Стріла екскаватора - основний вузол робочого устаткування, несуча металева балка, один кінець якої закріплений на поворотній платформі екскаватора і може змінювати кут нахилу, а другий - шарнірно з рукояттю. Стріли екскаваторів виконують у вигляді дуже міцної, порожнистій, звареній з легованого металопрокату конструкції. Стрілу екскаватора виготовляють цілісною або складеною з двох, трьох ланок. Основна і подовжуюча частини стріли екскаватора сполучені між собою пальцем. Щоб під час роботи не було повороту однієї частини стріли по відношенню до іншої, між ними додатково встановлюють сполучну тягу.

Залежно від приводу екскаватора головна частина стріли екскаватора може бути підвішена на канатах або спиратися на гідроциліндри, за допомогою яких змінюється кут нахилу; п'ята стріли екскаватора шарнірно закріплена у проушинах поворотної рами, до якої також приєднані і гідроциліндри її підйому (у екскаваторів з гідравлічним приводом). Конструкція основної частини стріли включає головний елемент - несучу порожнисту балку коробчастого перерізу. Короб згори закритий листом. У найбільш навантажених перерізах балка додатково посилена бічними листами.

На більшості екскаваторів стріла використовується як для прямої, так і для зворотної лопати. Виключення складає телескопічне робоче устаткування екскаваторів, основним вузлом яких є телескопічна стріла. Телескопічні стріли екскаваторів можуть бути такими, що обертаються або не обертаються навколо подовжньої осі. У поперечному перерізі телескопічні стріли екскаваторів виконують трикутними, прямокутними або круглими. У більшій частині моделей екскаваторів-планувальників стріли трикутного перерізу.

Шарнірно-зчленована стріла складається з нижньої і верхньої секцій зварної конструкції трубчастого перерізу. Стріла сприймає навантаження від ковша з рукояттю і передає їх на поворотну платформу і підвіску стріли. Рукоять сполучена із стрілою сідловим підшипником, що рухливо коливається. Ківш підвішений на підйомному канаті, що огинає головні блоки на стрілі. Підвіска стріли шарнірно сполучена з двоногою стойкою, що передає навантаження від стріли на поворотну платформу.

Підйомно-поворотний механізм

Підйомний механізм служить для підйому і опускання ковша. Механізм складається з підйомної лебідки і канатів. Лебідка приводиться в рух двома електродвигунами, сполученими з редуктором двома пружними муфтами. На вихідні вали редуктора насаджені барабани, на яких кріпляться підйомні канати. Гальмування підйомного механізму при роботі здійснюється протитечією. Для загальмовування механізму підйому при зупинці машини і знеструмленні екскаватора передбачено дві пневматичні гальмівні колодки, які уніфіковані з гальмом механізму напору.

Поворотний механізм екскаватора служить для обертання поворотної платформи з механізмами і робочим устаткуванням. Привід повороту здійснюється двома однаковими механізмами, кожен з яких складається з електродвигуна і редуктора. На верхньому конічному кінці валу кожного електродвигуна встановлений гальмівний шків для гальма колодки, призначеного для загальмовування механізму повороту при пересуванні екскаватора, на стоянці і при аварійному знеструмленні, а на нижньому кінці закріплена шестерня, яка є ведучою ланкою редуктора повороту. Консольний вихідний вал редуктора закінчується бігунковою шестернею, зчепленою з нерухомим зубчастим вінцем, розташованим на нижній рамі ходовому візку екскаватора.

Для управління фрикційними та кулачковими муфтами, гальмами, стопорними пристроями та іншими механізмами на екскаваторі застосовують наступні системи управління:

– пневматичні;

– гідравлічні;

– електропневматичні;

– електрогідравлічні;

– комбіновані.

В даній роботі розглядаються системи управління на основі гідроприводів. Гідросистема екскаватора живиться від трисекційного шестерінчастого насоса, приведеного в рух дизельним двигуном. Управління стрілою екскаватора здійснюється гідроциліндром, управління рукояттю - гідроциліндром і ковшем за допомогою гідроциліндра.

2. Робочий цикл екскаватора

Визначення та розрахунок параметрів екскаватора залежить від розуміння процесу його функціонування. Для представлення процесу роботи машини визначимо життєвий цикл, як один такт роботи - відокремлення породи і переміщення від забою.

Робочий цикл екскаватора з прямою лопатою складається з наступних операцій (рис. 1.17(а)):

– завантаження ковша - виконується поворотом рукояті відносно стріли. Положення ковша відносно рукояті і стріли відносно машини залишається незмінним.

– поворот платформи після закінчення завантаження ковша виконується поворот платформи з робочим устаткуванням екскаватора. Ківш переміщується до місця розвантаження. Його положення відносно поворотної платформи машини не змінюється.

– підйом стріли - перед розвантаженням ковша виконується підйом стріли екскаватора для збільшення навантажувальної висоти.

– розвантаження ковша на гідравлічних екскаваторах здійснюється поворотом ковша відносно рукояті (перекидання). На механічних екскаваторах виконується відкривання ковша.

Рисунок 1.17(а) Схема робочого циклу екскаватора із прямою лопатою



Рисунок 1.17(б) Схема робочого циклу екскаватора із зворотною лопатою

Слід зазначити,що при спільній дії головні робочі механізми утворюють на базі "основного" механізму "об'єднаний" механізм, що включає ті механізми, де гідроциліндри працюють в режимі "двигун" постійно або частково впродовж робочого циклу.

Розглянемо функціонування екскаватора, тобто процес реалізації його функцій. Робота гідроприводу стріли супроводжується ударними навантаженнями і коливальними процесами, пов'язаними як з впливом якості управління, так і наслідком технічної недосконалості схемо-конструкторського рішення гідроприводу.

На частку відмов металоконструкції та гідроциліндрів стріли, викликаних динамічними навантаженнями і порушенням стійкості екскаватора, припадає від 15 % до 30 %. Тому при проектуванні гідроприводів одним із важливих завдань є раціональний вибір параметрів гідроприводу, що дозволяє усунути динамічні навантаження, що викликають порушення рівноваги всієї машини.

У процесі опускання стріли всі сили, що діють на шток гідроциліндра, збігаються з напрямком руху і сприймаються силою від тиску робочої рідини зустрічній порожнини гідроциліндра. Відбувається перетворення енергії рушійних сил в потенційну енергію тиску рідини; швидкість протікання цього процесу обумовлює динамічні навантаження і виникнення коливань в гідроприводі, які призводять до коливань стріли , а також до виникнення динамічних складових сил відцентрових, інерційних та сил Коріоліса, що впливають на стійкість екскаватора.

Ударні навантаження і коливальні процеси, які виникають у гідроприводі стріли, призводять до порушення стійкості екскаватора по зчепленню з опорною поверхнею і стійкості проти перекидання.

Порушення стійкості негативно впливає на ресурс гідроприводу і екскаватора в цілому, знижує продуктивність, безпеку роботи і ефективність використання функціональних можливостей екскаватора і функціональні можливості гідроприводу.

Вирішити проблему зниження динамічних навантажень, що впливають на стійкість екскаватора, можна за рахунок раціонального виконання перехідних процесів при русі елементів гідроприводу. Методи вирішення проблем повинні бути детально опрацьовані на стадії технічного проекту.

Подальше вдосконалення вантажопідйомних машин, складність і необхідність освоєння високоефективних і надійних гідроприводів вимагає істотного підвищення рівня пошукових досліджень, більш досконалих методів розрахунку машин, нових методів проведення прискорених лабораторних і польових випробувань.

2.1 Принцип роботи системи «робочий орган-середовище»

Процес роботи екскаватора полягає у взаємодії його робочого органу із середовищем у якості якого виступають ґрунти різних категорій, скальні породи і т. ін. Розуміння процесу взаємодії та врахування фактору зовнішнього середовища є необхідною умовою для отримання ефективних проектних рішень та поліпшення техніко-економічних показників машини Спрощена система взаємодії представлена на рис. 1.18.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.18 Узагальнена структурна схема системи «робочий орган-середовище»

Взаємодія робочого органу із середовищем визначається видом, властивостями середовища та характером дії інструменту. Робоче середовище у якому проходить рух машини та виконавчого робочого органу, накладає на рух машини обмеження наступних типів: кінематичні, геометричні. Неоднорідність середовища відносно характеристик міцності обумовлюють не стаціонарність зв'язків, які накладаються на систему. Також система характеризується нелінійними силами опору, що діють з боку середовища.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.19 Схема взаємозв'язків процесу взаємодії з ґрунтом

Розрізняють декілька типів процесів взаємодії робочих органів машин для земляних робіт, для екскаватора - це процес копання. Копання - це сукупність процесів, що включають різання ґрунту, переміщення зрізаного ґрунту по робочому органу і попереду нього у вигляді призми волочіння, а у деяких машин і переміщення ґрунту усередині робочого органу, причому опір ґрунту копанню в 1,5..2,8 разу більше, ніж опір ґрунту різанню.

Визначимо необхідний і достатній об'єм інформації, що входить в комплекс завдань, пов'язаних із створенням і вдосконаленням землерийних машин і їх робочих органів (рис. 1.19).

2.2 Параметри одноковшевих екскаваторів

Основними параметрами гідравлічних одноківшових екскаваторів є: ємність ковша q, маса екскаватора С, потужність двигуна N, робочі розміри екскаватора, а також тиск і продуктивність насосів.

Таблиця 1.1 Загальні технічні характеристики екскаватора

Двигун
Потужність двигуна, кВт / л.с
Змінне робоче обладнання
Швидкість пересування на I / II передачі, км/ч
Частота обертання поворотної платформи на I / II передачі, об/хв
Здоланий ухил шляху, град
Робочий тиск системи пневмокерування, МПа
Середній тиск на ґрунт, кПа
Тягове зусилля на гусеницях, Кн
Габаритні розміри, мм
Маса екскаватора (без робочого обладнання), т

Таблиця 1.2 Технічні характеристики екскаватора при роботі з різним робочим обладнанням

Пряма лопата	Зворотна лопата	Драглайн	Грейфер
Ємність ковша, м3
Маса екскаватора конструктивна, m
Максимальне зусилля на зубцях ковшу, mс	Швидкість руху підйомного канату, м/с	Швидкість руху підйомного канату, м/с	Ширина ковша, м
Максимальне зусилля на рукояті «Напір - повернення», mс	Швидкість руху тягового канату, м/с	Швидкість руху тягового канату, м/с	Швидкість підйому ковша, м/с
Тривалість циклу, с
Середній питомий тиск на ґрунт, кгс/см2	Довжина рукояті, м	Середній питомий тиск на ґрунт, кгс/см2	Середній питомий тиск на ґрунт, кгс/см2
Довжина стріли, м
Довжина рукояті, м	Найбільша глибина копання, м (траншей, котлованів)	Зусилля тягового канату, mс	Габаритна ширина розкритого грейфера, м
Глибина копання нижче рівня стоянки, м	Початкова висота вивантаження, м	Зусилля підйомного канату, mс	Габаритна висота розкритого грейфера, м
Найменший радіус копання на рівні землі, м	Кінцева висота вивантаження, м	Кут нахилу стріли, а	Найменший кут нахилу стріли, град
Найбільший радіус копання, м
Найбільший радіус вивантаження, м	Початковий радіус вивантаження, м	Найбільша висота вивантаження, м	Найбільша глибина копання, м
Радіус вивантаження при найбільшій висоті вивантаження, м	Кінцевий радіус вивантаження, м	Глибина копання при боковому проході, м	Найбільша висота вивантаження, м
Найбільша висота копання, м		Глибина копання при кінцевому проході, м
Найбільша висота вивантаження, м		Найбільший радіус вивантаження, м
Висота вивантаження при найменшому радіусі вивантаження, м

В останні роки значно зріс випуск екскаваторів з невеликою ємністю ковша на пневмоколісному ходу, що володіють великою рухливістю і маневреністю при переміщенні машини з одного об'єкта на інший. При роботі на слабких ґрунтах застосовують уширене (або подовжене) гусеничне обладнання, наявність якого зменшує питомий тиск на ґрунт і покращує прохідність екскаватора.

Всі механізми екскаватора приводяться в рух дизелями, карбюраторними, паровими або електричними двигунами. Найбільш економічними є дизельні і електричні двигуни. Вибір двигуна визначається умовами, в яких працюватиме екскаватор. Так, на екскаваторах, що працюють в кар'єрі, вигідно застосовувати електродвигуни, так як електрика - найбільш дешевий вид енергії, а при роботі на будівництві доріг, де машину часто перевозять з місця на місце, доцільно використовувати дизельні двигуни.

Одноковшеві екскаватори відносяться до машин періодичної дії і тому характеризуються великими коливаннями навантаження протягом одного робочого циклу. Цій обставині сприяє суміщення деяких операцій. Так, підйом ковша поєднується з поворотом на вивантаження, а копання - з напірним рухом. Для визначення потужності, що витрачається на роботу окремих механізмів, необхідно знайти ті опори, які виникають при вчиненні окремих робочих операцій. Великі опори розвиваються при копанні ґрунту.

У гідроприводах екскаваторів застосовуються насоси постійної продуктивності шестерневого і лопатевого типу (з тиском 12 - 16МПа) і поршневі з тиском до 30 МПа, а також насоси змінної продуктивності, переважно аксіально-поршневі.

Насоси з постійною продуктивністю прості за устроєм, але не забезпечують повного використання потужності двигуна на всіх режимах. Насоси змінної продуктивності забезпечують більш раціональний і стійкий режим роботи екскаваторів.

Размещено на Allbest.ru