Проектування роторно-траншейного екскаватора

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра будівельних, дорожніх і меліоративних машин і обладнання

ЗВІТ

про проходження переддипломної практики

на підприємстві ЗАТ «Рівнеавтошляхбуд»

Виконав:

Студент 5 курсу

МЕФ

Групи ПТ-54

Баша А.В.

Рівне 2007

ВСТУП

Розвиток промислового і цивільного будівництва та зростаюча тенденція будівництва підземних комунікацій ведуть до збільшення об'єму робіт по укладанню газонафтопроводів, водоводів, каналізаційних систем, енергетичних кабелів і кабелів зв'язку. Основну частину земляних робіт при будівництві цих комунікацій виконують траншейними екскаваторами.

При правильному застосуванні траншейні екскаватори у порівнянні із одноковшовими екскаваторами мають ряд техніко-економічних переваг: більш високу (в 34 рази) продуктивність; отримання якісної траншеї, яка має оптимальний переріз, рівні стінки і незначне присипання дна; економія трудових і матеріальних ресурсів, в тому числі палива і мастил і, в кінцевому підсумку питомих затрат на кожен кубічний метр розробленого ґрунту.

Науково-дослідні і дослідно-конструкторські роботи, які проводяться з метою вдосконалення конструкції траншейних екскаваторів, привели до їх розвитку в наступних напрямках:

гідравлічні пристрої практично повністю витіснили механічні передачі в системах управління, допоміжних силових системах і широко застосовуються в основних силових системах машин;

в конструкціях траншейних екскаваторів широко застосовується гідромеханічна трансмісія із безступінчастим регулюванням швидкості;

ведуться роботи по підвищенню універсальності траншейних екскаваторів шляхом навіски одноківшевого, бульдозерного і бурового обладнання, обладнання для розробки мерзлих ґрунтів. Велика увага приділяється поліпшенню умов праці обслуговуючого персоналу.

Перед конструкторами траншейних екскаваторів виникають нові, все більш складні задачі по здійсненню технічного прогресу в даній галузі машинобудування.

1. ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ РОТОРНИХ ТРАНШЕЙНИХ ЕКСКАВАТОРІВ

З метою підвищення ефективності роботи роторного траншейного екскаватора колективом авторів було розроблене технічне рішення на рівні винаходу [1]. Робочий орган роторного траншейного екскаватора має раму 1 (рис. 1.1), яка шарнірно прикріплена до базового тягача 2 через важелі 3 і гідроциліндри 4. На рамі 1 робочого обладнання змонтований ротор 5 із приводом 6, відкосоутворювачі 7, підбиральник ґрунту 8, транспортуючий механізм 9 і задня опора 10 з колесами.

Рис. 1.1 Робочий орган роторного траншейного екскаватора

До задньої опори робочого органа прикріплена одним кінцем додаткова рама 11 з приводним 12 і підтримуючим 13 барабанами, які охвачуються нескінченною гусеничною стрічкою 14. Всередині рами змонтований приводний редуктор 15 з гідромотором 16. Підтримуючий барабан 13 розміщений співвісноколісній опорі 10 і зовнішній діаметр гусеничної стрічки, яка охвачує його, менший за діаметр коліс. Додаткова рама 11 шарнірне з'єднана іншим своїм кінцем охоплюючою Н-подібною рамкою 17, яка оснащена роликами 18, що розміщені в напрямних 19 рами 1 робочого органа. Рамка 17 кінематично зв'язана через гідроциліндр 20 із штоком 21.

При роботі траншейного екскаватора в умовах погіршеного зчеплення ходової частини базової машини з поверхнею, яка покрита льодом або перезволоженим ґрунтом,, коли різко знижується вільна сила тяги ї зменшується продуктивність робочого органа, через висування штока 21 гідроциліндра 20 здійснюється переміщення вниз Неподібної рамки 17 по напрямних 19 рами 1 робочого органа, в яких перекочуються ролики 18. При цьому додаткова рама 11 з приводним барабаном 12, редуктором 15 і нескінченною гусеничною стрічкою 14 повертається у вертикальній площині навкруги загальної осі підтримуючого барабана 13 і задньої опори 10 до тих пір, поки гусенична стрічка 14 не ввійде в контакт з дном траншеї, яка копається. При включенні гідромотора 16 через приводні редуктор 15 і барабан 12 гусеничній стрічці 14 передається переміщення, яке створює додаткове горизонтальне напірне зусилля, яке передається через раму 1 робочого органа на ротор 5 і збільшує величину сили тяги базового тягача.

Для транспортних переміщень траншейного екскаватора додаткова рама 11 через гідроциліндр 20 повертається кругом осі задньої опори 10 вертикально вверх. При цьому зовнішній діаметр гусеничної стрічки, яка охвачує підтримуючий барабан гусеничної стрічки 14, виконаний менший ніж діаметр колісної опори, між якими вона розміщена, не заважає переміщенню екскаватора з високими транспортними швидкостями і заглибленню роторного робочого органа в ґрунт на початку копання траншеї.

Недоліком такого робочого обладнання є висока металоємкість робочого обладнання і великі габаритні розміри в транспортному положенні.

З метою збільшення продуктивності роторного траншейного екскаватора за рахунок збільшення кількості зсипок у Всеросійському науково-дослідному інституті землерийного машинобудування була розроблена конструкція робочого обладнання [2].

На рамі 1 (рис. 1.2) із зачисним пристроєм 2 і задньою опорою 3 установлений ротор 4 з приводом 5, який спирається на розміщену всередині раму ротора. Між паралельно встановленими обечайками 6 із підрізними ножами 7 установлені транспортуючі місткості, які виконані у вигляді ківшевих пар 8. На кінцях осей ківшевих пар розміщені фіксуючі механізми 9, які спрацьовують при зустрічі з пересувним упором 10, що встановлений на рамі 1. До рами також прикріплені підамортизований важіль 11 і відвальний пристрій 12 з відбійником 13.

Рис. 1.2 Роторний робочий орган з інерційним розвантаженням ковшів

Фіксуючий механізм 9 складається із двоплечого важеля 14 (рис. 1.3) і кулачкової муфти, яка має пружини 15 і стопорні пальці 16, які можуть перемішуватись в напрямних упорах 17 і утримують фіксуючий диск 18, що посаджений на вісь 19 ківшевих пар 8.

Рис. 1.3 Схема фіксуючого механізму

Принцип дії робочого органа роторного траншейного екскаватора ґрунтується на максимальному використанні позитивної дії відцентрових, інерційних і динамічних сил, які виникають при збільшеній до 0,5 об/с швидкості обертання ротора. Розроблений ківшевими парами ґрунт піднімається ротором 4 доверху. На ґрунт при цьому діє відцентрова сила, яка притискає його до днища ковша. Для забезпечення розвантаження ковшів у верхній частині ротора під дією цієї сили і сили інерції необхідно не доходячи 25...30° до верхньої точки звільнити ківш 8 від одного із зв'язків і придати йому тим самим додаткову степінь вільності (обертання навкруг осі). Ця умова конструктивно забезпечена за рахунок спарювання ковшів, жорсткого кріплення ківшевих пар 8 на осях і установки останніх у підшипникові опори.

На кінцях осей установлені фіксуючі механізми. При зустрічі з упором 10 двоплечий важіль 14 повертається і передає зусилля на стопорні пальці 16, які Долаючи зусилля пружин 15, виходять із пазів фіксуючого диска 18, який посаджений на палець осі 19 ківшевої пари. При звільненні зв'язку, який утримує від обертання спарені ковші, на ковш із ґрунтом у верхній частині буде діяти із-за різниці мас Порожнього і повного ковша обертаючий момент, який поверне пару проти часової стрілки на 180°. Ґрунт при цьому буде викинутий відцентровою силою інерції в сторону протилежну напрямку руху екскаватора і наплавлений за допомогою відбійника 13 на відвальний конвеєр 12.

Для забезпечення вільного проходження ротора в траншеї, що розробляється і можливості захисту приводної зубчастої рейки і фіксуючого пристрою кожухами, а також з метою зниження енергоємкості процесу копання ґрунта на обечайках 6 ротора установлені спеціальні ножі 7, які підрізають стінки траншеї і скидають ґрунт в забій, де він захвачується ковшами і виноситься із забою.

Для запобігання неповного повороту ківшевої пари, у випадку заклинювання останньої, до рами прикріплений підамортизований страхувальний важіль 11.

Використання даного технічного рішення дозволить значно підвищити продуктивність екскаватора.

В Ленінградському вищому військовому інженерно-будівельному Червонопрапорному училищі з метою зниження втрат на тертя і спрощення конструкції була розроблена конструкція робочого органа роторного екскаватора [3]. Робочий орган включає приводний ротор 1 (рис. 1.4) на якому шарнірно підвішені ковші 2, кожен з яких шарнірно з'єднаний з передньою тягою 3, інший кінець якої закріплений на кільцевому ободі 4, який законтактований своєю зовнішньою і внутрішньою біговими доріжками з роликами 5, що вільно посаджені на кронштейни вібратора 6. Вібратор установлений на рівні діаметра ротора 1 в напрямних нерухомої рами 7 і пов'язаний з цією рамою через пружини 8. З протилежної до вібратора сторони розміщений кронштейн 9, зв'язаний як і вібратор 6 з аналогічними елементами 6,4 і 7.

Пристрій працює наступним чином.

Осьова подача в забій здійснюється зліва направо, при цьому ротор 1 приводиться в обертання відомим способом за часовою стрілкою і переміщує за собою ковші 2, а разом з ними і скріплений передніми ківшевими тягами З кільцевий обід 4, який при цьому протягується через ролики 5. Вібратор 6 забезпечує коливання його корпуса по лінії осьової подачі робочого органа і передає вібрацію через ролики 5 кільцевому ободу 4, а через нього переднім стінкам ковшів 2. Вібрація обода 4 підтримується тільки в напрямку руху базової машини, що забезпечується спільним одностороннім і обмеженим пружинами 8 осьовим переміщенням вібратора 6 і кронштейна 9. Кронштейн отримує коливання уже безпосередньо від обода 4 через свої ролики 5 і є, таким чином, утримуючим зв'язком обода 4.

Рис. 1.4 Передня і тильна частини робочого органа роторного екскаватора

Недоліком такого робочого органа роторного екскаватора є складність конструкції, негативний вплив вібрації на металоконструкції робочого обладнання.

А.С. Шавлов, з метою забезпечення ефективної розробки ґрунту між ковшами, розробив технічне рішення на рівні винаходу по вдосконаленню конструкції робочого органа роторного траншейного екскаватора [4].

На нерухомій рамі 1 (рис. 1.5) закріплені осі підтримуючих котків 2, що контактують з приводним ротором 3, на якому закріплені ковші 4 і кронштейни 5. Кронштейни обладнані напрямними 6, всередині яких установлені стержні 7 з пружинами 8. У верхній своїй частині стержні 7. несуть ролики 9, що введені в контактне зчеплення з криволінійними упорами 10. Упори змонтовані на нерухомій рамі 1 в зоні копання ґрунту. В своїй нижній частиш стержні 7 стягнуті осями 11, на яких вільно відносно одна одної посаджені дві дискові фрези 12, площини яких установлені з нахилом до осей 11.

Рис. 1.5 Робочий орган роторного траншейного екскаватора з дисковими фрезами

Робочий орган працює наступним чином.

Базова машина рухається справа наліво, а ротор 3 обертається за часовою стрілкою. Дискові фрези 12 здійснюють розпушення ґрунту при наявності контакту роликів 9 з криволінійними упорами 10. При цьому пружини 8 стискаються, і стержні 7, ковзаючи в напрямних 6 опускаються вниз. Криволінійні упори 10 змонтовані на рамі 1 таким чином, щоб висування стержнів 7 збільшувалось по мірі просування сусідніх ковшів до поверхні переміщення базової машини. Дискові фрези 12, обертаючись разом з ротором 3, в зоні завантаження ковшів занурюються в ґрунт і завдяки своїм круглим обрисам і вільній посадці здійснюють заглиблене перекочування по криволінійній твірній ґрунтового забою, причому за рахунок тертя об ґрунт здійснюють це перекочування в напрямку, протилежному обертанню ротора 3, тобто проти часової стрілки часової стрілки. Для того, щоб перекочування фрез по ґрунту здійснювалось з меншими енерговитратами і умови роботи кожної фрези не залежали від умов роботи сусідніх фрез, здійснена вільна індивідуальна посадка всіх фрез на осі 11. Зони дії сусідніх фрез не перекриваються, а тому допускається їх взаємне проковзування одна відносно одної. Нахил фрез до своїх осей забезпечує їх рух по синусоїдальних траєкторіях. Причому більший їх нахил веде до збільшення розмаху синусоїдальної траєкторії, а чим менший діаметр фрез, тим менший період коливань цих траєкторій.

Недоліком такої конструкції є можливість заклинювання фрез при попаданні між них твердих включень.

Для зниження енергоємності копання за рахунок передачі ударної дії на ґрунт і покращення конструкції робочого органа роторного екскаватора в Київському інженерно-будівельному інституті було розроблене технічне рішення на рівні винаходу [7].

Робочий орган роторного екскаватора включає робоче колесо 1 (рис.1.6) із зовнішньою 2 і внутрішньою 3 напрямними, на якому з можливістю переміщення розміщені ковші 4, які мають фіксуючий пристрій, що складається з пружини 6 і роликів 7, також опорно-акумулюючий пристрій, який включає напрямну 8, енергоакумулюючий механізм, до складу якого входять порожнистий ролик 9, вісь якого закріплена на ковші 4 і має амортизуючі втулки. Всередині ролика 9 розміщена спіральна пружина. Твірна ролика 9 покрита фрикційною накладкою. На ковші 4 передбачений також буферний пристрій.

Рис. 1.6 Робочий орган роторного екскаватора з ковшами ударної дії

Пристрій працює наступним чином.

При обертанні роторного колеса 1 ківш 4, підійшовши до початку забою, під дією сили опору ґрунту різанню провертається навкруги ролика 7 і заклинюється цим же ж роликом на зовнішній напрямній 2 роторного колеса 1, одночасно притискаючи ролик 9 до нерухомої напрямної 8. Зафіксований на роторному колесі 1 ківш 4, рухаючись разом з роторним колесом 1, вимушує ролик 9 перекочуватись по нерухомій напрямній 8 і тим самим здійснює завод спіральної пружини, яка знаходиться всередині ролика.

При повороті роторного колеса на деякий кут, ківш 4 провертається навкруги осі 7, за рахунок чого здійснюється розклинювання фіксуючого пристрою ковша 4. Розгальмований фіксуючий пристрій 5 дозволяє ковшу 4 вільно рухатись по напрямних 2 і 3 роторного колеса 1. Приріст кінетичної енергії здійснюється за рахунок перетворення потенціальної енергій пружини і ковша.

Недоліком такого пристрою є складність конструкції і можливість заклинювання ковшів під час руху із верхнього положення до забою.

З метою покращення умов різання робочим органом шляхом надання ковшам коливальних рухів в Московському інституті інженерів залізничного транспорту була розроблена конструкція робочого органа роторного екскаватора [8].

Робочий орган екскаватора включає встановлений на рамі 1 (рис.1.7) обід 3, який обертається відносно осі 2. На ободі 3 шарнірне закріплені ковші 4, які мають жорстко закріплені на них підпружинені важелі 5. На кінці важелів змонтований ролик 6, який взаємодіє з нерухомо установленим в зоні різання копіром 7. Зовнішня поверхня копіра виконана хвилястою.

Робочий орган працює наступним чином.

При обертанні обода 3 з ковшами 4 підпружинені важелі 5 роликами 6 копіюють поверхню нерухомої рами 1. При проходженні ковшів 4 по забою ролики 6 періодично наїзжають на виступи копіра 7 і ківш повертається навкруги осі кріплення його до обода 3.

При цьому надрізаний шар ґрунту відривається. Руйнування шару ґрунту відбувається від напруги розтягу, яка в декілька разів менша від напруги стиснення. При цьому знижується питома енергоємкість робочого органа.

Рис. 1.7 Робочий орган роторного екскаватора

Недоліком такої конструкції є швидке зношування в абразивному середовищі копіра і роликів, можливість заклинювання механізму під час роботи.

ВИСНОВОК:

ОБҐРУНТУВАННЯ НЕОБХІДНОСТІ ПРОЕКТУВАННЯ РОТОРНОГО ТРАНШЕЙНОГО ЕКСКАВАТОРА

Роторні траншейні екскаватори призначені для копання траншей під газопроводи, нафтопроводи, водопроводи, кабелі зв'язку, трубопроводи каналізації, теплофікації та інших комунікацій. Робочим органом цих екскаваторів є ротор, який у більшості випадків складається із двох кілець, до зовнішніх граней яких прикріплені ковші.

У порівнянні з ланцюговими траншейними екскаваторами роторні мають деякі переваги: більш високий ККД і менш енергоємний процес розробки ґрунта, оскільки відсутні ковшові ланцюги, які працюють в абразивному середовищі; більш висока продуктивність за рахунок більшої кількості зсипок, які забезпечуються рівномірністю обертання ротора і кращими умовами випорожнення ковшів.

Поряд з перерахованими перевагами роторні екскаватори мають і недоліки: великі габаритні розміри і масу. Це пояснюється великими розмірами і масою ротора у порівнянні з ланцюговим робочим органом для одних і тих же ж розмірів траншеї.

В даний час будівельні організації мають на балансі роторні траншейні екскаватори, які були випущені 10...20 років тому. За цей час вони повністю відпрацювали свій ресурс, морально застаріли і не відповідають сучасним вимогам ергономіки і охорони праці. Серійне виробництво роторних траншейних екскаваторів в Україні не ведеться. Запроектований на Харківському екскаваторному заводі роторний траншейний екскаватор ЗТР-1601 не був запущений у серійне виробництво.

Тому створення роторного траншейного екскаватора на базі вітчизняного трактора Т-150К є актуальною задачею.

Подача на один ківш при розробці ґрунта роторними траншейними екскаваторами залежить від кількості ковшів, частоти обертання ротора і робочої швидкості екскаватора. Так як кількість ковшів на роторі і частота його обертання зазвичай величини постійні, то подачу на один ківш (завантаження ковшів) регулюють робочою швидкістю екскаватора. Якщо ковші переповнюються, робочу швидкість зменшують, якщо ковші не заповнені, а двигун екскаватора недовантажений, робочу швидкість збільшують.

Одним із недоліків роторних траншейних екскаваторів є їх велика Металомісткість у порівнянні з ланцюговими. У більшості сучасних конструкцій відвальний пристрій - стрічковий, розміщений всередині ротора, а тому не дозволяє повністю використовувати діаметр ротора при копанні траншей.

Разом з тим існує цілий ряд технічних рішень, які дозволяють усунути вищевказане протиріччя. Тому проектування нового екскаватора повинно бути тісно пов'язане з використанням нових технічних рішень.