Машины для землеройных работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

экскаватор ротор мощность

Важнейшим направлением развития строительно-дорожного машиностроения является повышение производительности машин, в том числе за счет роста их типоразмеров и мощности. Масса металлоконструкции строительно-дорожных и подъемно-транспортных машин (СД и ПТМ) значительна и в некоторых случаях достигает 40% массы машины. Во всех случаях проектирования металлоконструкций конструктора сталкиваются с задачей экономии металла при обеспечении достаточной прочности, надежности и долговечности всей конструкции в целом. В мобильных машинах экономия металла приводит к экономии энергоресурсов, так как снижается сопротивление перемещению машин, что в настоящее время весьма актуально из-за высоких цен на топливо, удельная стоимость которого в стоимости продукции иногда достигает 60%. Важной задачей перед эксплуатационниками, из-за низкого обновления техники, стала задача продления срока службы старых металлоконструкций. Решение этих проблем требует нового подхода к проектированию и поиску новых эффективных, оригинальных технических решений.

Машины для землеройных работ работают в сложных условиях связанных с высокой степенью нагруженности, они постоянно находятся под воздействием как статических (собственный вес, вес материала) нагрузок, так и динамических возникающих при передвижении машины по неровной опорной поверхности и при взаимодействии рабочего оборудования с обрабатываемой средой.

1. Обоснование разработки

Каналокопатель КФН-1200Б (рисунок 3) предназначен для устройства и очистки за один проход осушительных каналов глубиной до 1,2 м с заложением откосов 1:1 на торфяных грунтах с наличием погребенной разложившейся древесины при переустройстве осушительных систем. На вновь осушаемых торфяных грунтах каналокопатель может применяться при условии предварительной подсушки и в зимних условиях при промерзании грунта до 10 см. В минеральных грунтах первой категории каналокопатель может работать при наличии камней диаметром не более 80 мм. Каналокопатель навешивается на трактор Т-130, оборудованный гидросистекой задней навески, в котором верхняя тяга заменена гидроцилиндром. Навесное оборудование каналокопателя включает рабочий орган, силовую передачу (привод), раму, ходоуменьшитель, гидросистему, фиксирующее устройство, механизмы управления и уширитель гусениц.

Рисунок 1. Каналокопатель КФН-1200А

Рабочий орган состоит из двухотвального клина 14 и симметрично расположенных по его бокам под углом 45° к горизонту двух дисковых фрез 12 и 19. Фрезы получают вращение от гидромоторов, состоящую из промежуточного вала, раздаточной коробки 6, муфт 7, конических редукторов 8 и 20 и планетарных редукторов 11.

Все основные узлы рабочего органа в силовой передаче крепятся к раме 13, являющейся главным несущим узлом. Рама присоединяется к нижним тягам тракторной навески и к гидроцилиндру 4 с помощью трех пальцев -- шарниров 22.

При переезде на значительное расстояние рабочий орган каналокопателя фиксируется в транспортном положении устройства 5. Соединение промежуточного вала с валом отбора мощности, подъем и опускание рабочего органа производится механизмами управления, расположенными в кабине трактора.

Целью изобретения является повышение производительности экскаватора, снижение энергозатрат и улучшение условий труда оператора за счет автоматического перераспределения мощности на рабочем органе при перегрузках.

2. Патентный анализ

Изобретение [6] относится к землеройным машинам и снижает энергоемкость копания. Двухроторный рабочий орган конолокапателя (Рис. 1.2) включает установленной на раме 1 наклонные роторы (НР) 3 с ножами 5, зачистной механизм 2 и клин-распределитель 6. С двух сторон клина-рассекателя 6 расположены подрезающие ножи 7. Они выполнены в виде пластин, передние режущие кромки которых расположены выше задних кромки. В процессе работы каналокопателя НР 3 и боковыми ножами 5 разрабатывается поперечное сечение канала и образуется целик грунта между НР 3. Подрезающие ножи 7 срезают нижнюю часть целика. Целик грунта образуется и выносится НР 3. За счет того, что масса целика, расположенная выше подрезающих ножей 5, уменьшается, снижается энергоемкость рабочего процесса и динамические нагрузки на НР 3.

Целью изобретения - снижение энергоемкости копания.

Рисунок 2. Рабочий орган каналокопателя

Рабочий орган [7] каналокопателя (Рис. 3), включающий барабан ротора с установленными на нем кронштейнами, на внутренней стороне которых закреплены скалывающие ножи, режущие элементы и выбросные лопатки, установленные в плоскостях, образующих с осью вращения ротора соответственно углы 5-45° и 1-85°, и выбросные лопатка, установленные на наружной стороне кронштейнов, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения динамических нагрузок, выбросные лопатки, закрепленные на наружной стороне кронштейнов, установлены в плоскостях, образующих с осью вращения ротора угол 10-45°, при этом транспортирующая поверхность каждой из выбросных лопаток совпадает с передней кромкой каждого кронштейна, а внутренняя грань транспортирующей поверхности каждой из лопаток размещена с опережением относительно наружной грани, причем между внутренними торцом каждой выбросной лопатки и барабаном выполнен зазор.

Цель изобретения - повышение производительности и снижение динамических нагрузок.

Рисунок 3. Рабочий орган каналокопателя

Рабочий орган [8] (рисунок 1.4) содержит наклонно расположенные исполнительные механизмы - роторы 1 и гидропривод включающие гидромоторы 2, редукторы 3, гидробак 4, насосы 5, гидрораспределители 6, предохранительные клапаны 7, перепускные клапаны 8, сливные гидролинии 9, исполнительный гилроцилиндр 10, гидроуправляемой муфты 11, дроссель 12, а так же гидроупровляемый двухпозиционный золотник 13 с гидравлическим управлением. Роторы 1 кинематически связаны между собой при помощи валов 14 и 15 и гидроупровляемой муфтой 11 с пружинами 16.

В номинальном режиме давление в сливных гидролиниях 9 отсутствует, муфта 11 разомкнута, золотник 13 находится в крайнем нижнем положении, валы 14 и 15 разъединяются. Жидкость подается через гирораспределитель на включающие гидромоторы 2 обеспечивая не зависимое друг от друга вращение роторов 1.

В случае вращения перегрузки одного из роторов срабатывает установленный в напорной гидролинии этого ротора перепускной клапан 8, перепуская рабочую жидкость по сливным гидролиниям 9 в гидроцилиндр 10 в гидролиния управления золотником 13. Под действиям давления в гидролиниях 9, обеспечиваемого дросселем 12, муфта 11 включается и соединяется между собой валы 14 и 15. Золотник 13 занимает крайнее верхнее положение и сообщает напорные гидролинии гидромоторов 2 между собой.

В этом режиме происходит выравнивание частоты вращения роторов 1 и передача мощности от менее нагруженного к более нагруженному ротору.

После преодоления нагрузки давление в напорной гидролинии более нагруженного гидромотора снижается, перепускной клапан 8, установленный в этой гидролинии, закрывается, давление в гидролиниях 9 падает и муфта 11 под воздействием возвратных пружин 16 выключается разъединяя валы 14 и 15. Золотник 16 занимает крайнее нижнее положение. Роторы 1 вращаются не зависимо друг от друга.

2. Общий расчёт

2.1 Расчет производительности

В связи с отсутствием четко выраженных вместимость (ковшей) транспортирующая способность (производительность) гравитационного ротора аналитическому расчету не поддается. Может быть рекомендована следующая эмпирическая формула

(2.1)

где D_р - наружный диаметр ротора (по режущим кромкам ножей),

D₀ - диаметр обечайки ротора;

b_р - ширина ротора,

n_р - число оборотов ротора за единицу времени,

ц - коэффициент заполнения рабочего пространства ротора, ограниченного размерами D_р и D₀.

м³/ч.

2.2 Расчет основных параметров

Максимальная глубина канала, отрываемого роторами с гравитационной разгрузкой, является функцией многих величин: ширины канала по дну, заложения откосов канала, скорости вращения роторов, их геометрических размеров (D_р, D₀), коэффициента разрыхления и угла естественного откоса грунта.

Опыты показали, что максимальная глубина канала почти не зависит от скорости вращения роторов. В связи с этим представляется возможным рассчитывать ее на основании геометрического построения.

Площадь поперечного сечения отвала F₁ равна половине площади сечения канала F, помноженной на коэффициент разрыхления грунта k_р

(2.2)

(2.3)

где h₀ - высота отвала;

h - глубина канала;

b - ширина канала по дну;

т - угол естественного откоса насыпного грунта;

в - угол наклона плоскости откоса канала (плоскости вращения ротора) к горизонтали.

м².

2.3 Баланс мощности

В общем виде баланс мощности двухроторного экскаватора может быть выражен следующим образом:

N = N_K + N_p + N_П + N_nep= 10.1+1.12+1.798+8.68=21.7 (2.4)

где N_K - затрата мощности на резание (копание) грунта;

N_р - затрата мощности на разгон грунта до скорости вращения роторов;

N_П - расход мощности на подъем грунта;

N_nep - затраты мощности на передвижение машины;

Мощности необходимая для копания грунта роторами

(2.5)

где П_Т - техническая производительность, = 363 м³/ч;

k₁ - удельное сопротивление копанию.

кВт

Затрата мощности на разгон грунта

(2.6)

где v - линейная скорость грунта, v = 0.9 м/с.

г_гр - плотность грунта в плотном состоянии, г = 1400 кг/м³

Вт = 1.12 кВт

Расход мощности на подъем грунта

(2.7)

где Н - глубина траншеи, Н = 1.2 м;

Н₀ - высота отвала Н₀ = 07 м.

кВт

В роторах типа инерционных роторов экскаватора КФН - 1200 трение грунта по откосом канала отсутствует, поэтому N_ТР ? 0.

Мощность на перемещение тяговое машин

 (2.8)

где Т_max - максимальное тяговое усилие при движении экскаватора,

Т_max = 90 кН.

V_пер - скорость перемещения, V_пер = 0.2 м/с;

з_X - КПД ходового механизма, з_X = 0.8;

з_ТР - КПД трансмиссии, з_ТР = 0.72.

кВт

Сопротивление резанию грунта роторами определяется по формуле

(2.9)

Площадь сечения, разрабатываемая ножом, принимается равной

(2.10)

где b -ширина канала по дну.

2.4 Тяговый расчет

При выполнении тяговых расчетов рассматриваются следующие случаи движения машины.

Первый случай: движение по горизонтальному пути с максимальной транспортной скоростью v_max. В зависимости от исходных данных определяется следующее.

1. Мощность двигателя привода ходового механизма по заданной величине v_max, обеспечивающая реализацию скорости при заданном условии движения, характеризующимся значением коэффициента сопротивления движению f,

кВт (2.11)

где v_max - максимальная транспортная скорость в км/ч.

2. Максимальная транспортная скорость, которая может быть реализована при заданной мощности двигателя и при минимальном сопротивлении движению.

3. Максимальное значение коэффициента сопротивления движению
f_max, при котором возможно движение машины с двигателем заданной
мощности и с заданной максимальной транспортной скоростью (например,
если экскаватор проектируется на базе серийно выпускаемого тягача
или трактора).

Второй случай: движение на подъем с минимальной транспортной скоростью v_min. Возможны следующие варианты расчета.

1. Нахождение величины v_min (при мощности двигателя, установленной, исходя из заданной максимальной скорости) из условия движения на заданный расчетный подъем при заданных условиях движения (f). Развиваемая двигателем сила тяги равна

кН (2.12)

Из условия равенства силы тяги силам сопротивления движению, находим

м/с (2.13)

где N_max - максимальная мощность, развиваемая двигателем, л.с.,

G - вес машины, т;

б - заданный угол подъема пути.

2.5 Расчет гидросистемы

Расчет гидромоторов привода роторов.

кВт. (2.14)

Мощность гидромотара определяется по формуле:

(2.15)

где p - номинальное давление, p_ном = 10 МПа

Q - подача жидкости.

На КФН - 1200А устанавливаем 2-а насоса НШ - 50 с рабочим объемам 46 см².

Насосы вращаются с частотой 1000 мин^-1

тогда

см³/мин. (2.16)

По потребной мощности подбираем гидромотор 210.20 со следующими техническими характеристиками:

Рабочим объемам - 54.8 м³

Частота вращения, с^-1

номинальная - 25 Н•м

максимальная - 52.5 Н•м

минимальная - 0.83 Н•м

Мощность - 24.7 кВт

Момент - 168 Н•м

Частота вращения вала гидромотора составляет:

мин^-1 (2.17)

Определяем усилия на штоке гидроцилинра подъема рабочего оборудования:

кН (2.18)

Определяем усилия на штоке гидроцилинра опускания рабочего оборудования:

кН (2.19)

Определяем диаметры гидроцилинтров по формуле:

(2.20)

(2.21)

2.6 Кинематический расчет

Определим общее передаточное число:

(2.22)

где n₁ - частота вращения гидрамотора;

n₂ - частота вращения ротора.

Передаточные числа по ступеням определим по формулам:

(2.23)

(2.24)

(2.25)

где Z₁, Z₂, Z₃, Z₄ - число зубьев.

2.7 Расчёт вала на прочность

Рисунок 4. Расчётная схема на прочность вала редуктора

Составим уравнение моментов относительно точки А. В горизонтальной плоскости:

Н

Составим уравнение моментов относительно точки В. В горизонтальной плоскости:

Н

Составим уравнение моментов относительно точки А. В вертикальной плоскости:

Н

Составим уравнение моментов относительно точки В. В горизонтальной плоскости:

Н

Определяем крутящий момент:

Н•м

Определяем окружную силу F_t1 на шестерне по формуле:

Н

Определяем окружную силу F_t2 на конической шестерне по формуле:

Н

Определим радиальную силу F_r по формуле:

Н

Проверим статическую прочность

Напряжение среза

МПа

Нормальные напряжения

МПа

Эквивалентное напряжения

МПа<МПа

МПа

Вал удовлетворяет условиям прочности.

2.8 Расчёт подшипников по статической и динамической грузоподъёмности

Легкая серия

C=3765 Н

С₀=28645 Н

Сила, действующая на подшипник

Н

Определяем эквивалентную динамическую нагрузку на роликовый подшипник серии 2110

Н

где X - коэффициент радиальной силы X=1;

V - коэффициент вращения V=1;

K_д - коэффициент безопасности K_д =3;

K_Т - температурный коэффициент K_Т =1;

Определение ресурс подшипника:

где L_h - номинальный ресурс L_h=20000;

n - частота вращения n=71 мин^-1;

Определяем потребную динамическую грузоподъемность

кНН

где a₁ - коэффициент долговечности a₁=0.21;

a₂₃ - коэффициент влияния условий эксплуатации a₂₃=0.7;

Потребная динамическая грузоподъемность меньше базовой грузоподъемности подшипника. Следовательно, прочность подшипника обеспечена

2.9 Расчет экономического эффекта

Производительность до модернизации составляло П_баз=350 м²/ч.

Производительность машины после модернизации составило П_мод=363 м²/ч.

Цена базовой машины 170 млн. бел. руб.

Цена новой машины

тыс. руб

где Ц' - цена базовой машины

Ц - цена аннулированных

Ц_в.в - цена вновь вводимых.

тыс. руб

где С_m - стоимость деталей механизмов обработки

m_m - масса деталей механизмов привада

 тыс. руб.

где С_Г - стоимость 1т. гидравлического устройства

m_Г - масса гидравлического устройства

Экономический эффект за год

где З_Г - стоимость годовых затраты

где n - годовые текущие издержки

Еn - коэффициент приведенных затрат Еn=0.1

К - капиталовложение (цена)

тыс. руб.

тыс. руб.

3. Техническая характеристика

Тип конавоочиститель - фрезерный, навесной

Диаметр фрез по ножам, мм 2500

Число оборотов фрез, об/мин 71

Окружная скорость ножей, м/сек 9,30

Рабочие поступательные скорости с ходоуменьшителем, км/час:

I-й диапазон:

I передача 0.1

II передача 0.16

передача 0,19

передача 0,27

II-й диапазон.

I передача 0,033

II передача 0,053

III передача 0,063

IV передача 0,091

Размеры получаемых каналов, мм:

Глубина 1200(не менее)

ширина по дну 250

ширина по верху 2650

заложение откосов 1:1

Средняя производительность за час чистой работы

на торфяных грунтах, м³/час 240

Дальность отброса грунта от бровки канала, м 9,5

Транспортный дорожный просвет по рабочему органу, мм 850

Габаритные размеры в транспортном положении, мм:

длина 9270

ширина 3970

высота 3385

Вес конавоочиститель (сухой) без уширигелей, кг 20345

Вес навесного оборудования без противовеса и

уширителей, кг 3300

Вес противовеса, кг 1900

Обслуживают конавоочиститель два человека.

4. Метрология и стандартизация

Одним из существующих факторов обеспечивающих высокое качество получаемой продукции является соблюдение заданной точности исполнения изделия при наличии массового производства. Стремление управлять качеством изделий требует наличия знаний по метрологии, анализа точности ее реализации и возможности контроля. Единство измерений во всех отраслях народного хозяйства обеспечивается системой государственной стандартизации, в ведении которою находятся метрологические институты и лаборатории.

Самым эффективным методом поддержания единства системы измерения является использование эталонов.

Согласно ГОСТ 16263-70 ("Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология, термины и определения"). Эталон - средство измерения. Обеспечивающее воспроизводство и сохранение единицы с целью передачи его размеров по поверочной схеме средствам измерения. Эталон воспроизводится с наивысшей метрологической точностью, достаточной на данном этапе развития науки и техники.

Основными задачами метрологии являются

- развитие общей теории измерений;

- установление единых физических величин и их систем.

- разработка методов и средств измерений;

- установление эталонов.

Стандартизация - установление и применение правил с целью упорядочивания деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности при соблюдении условий эксплуатации и требований безопасности.

В развитом машиностроении большое значение имеет организация производства машин и других изделий на основе взаимозаменяемости. Стандарты основываются, на объединении достижений науки, техники, практического опыта и определяют основы не только настоящего, но и будущего развития производства.

При выполнении проекта будут использованы следующие ГОСТы:

- ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовой документации.

- ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ.

- ГОСТ 2.104-68 ст. СЭВ 104-74;

- ст. СЭВ 3657-76 ЕСКД. Основные надписи;

- ГОСТ 2.106-68 ЕСКД. Текстовые документации,

- ГОСТ 2.106-68 ст. СЭВ 2516-80 ЕСКД. Спецификации;

- ГОСТ 2 109-73 ст. СЭВ 858-78;

- ст. СЗВ 1182-78 ЕСКД. Основные требования к чертежам;

- ГОСТ 2.103-68 ст. СЭВ 1181-78 ЕСКД Ферматы;

- ГОСТ 2.307-68 ст. СЭВ 1187-78 ЕСКД. Масштабы;

- ст. СЭВ 1178-78 ЕСКД. Линии;

- ГОСТ 2 305-68 ЕСКД. Изображения, виды, сечения и разрезы.

- ГОСТ 2 307-68 ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений;

- ГОСТ 2.308-68 ЕСКД. Указание на чертежах допусков, формы и расположения поверхностей;

- ГОСТ 2.309-68 ст. СЭВ 1632-79 ЕСКД. Обозначение шероховатости поверхности.

- ГОСТ 2.311-68 ст. СЭВ 284-76 ЕСКД. Изображение резьбы;

- ГОСТ 2.136-68 ст. СЭВ 856-78 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц;

- ГОСТ 2789-73 ст. СЭВ 638-77. Штриховатость поверхностей Параметры и характеристики;

- ГОСТ 25346-88 ст. СЭВ 145-75 Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и сановных отклонений;

- ГОСТ 7796-70. Болты с шестигранной головкой;

- ГОСТ 6401-70 Шайбы.

5. Правила техники безопасности

Во избежание несчастных случаев при работе конавоочиститель необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

1. К управлению машиной допускать лиц, прошедших необходимый инструктаж и изучивших правила эксплуатации конавоочиститель, предусмотренные настоящей инструкцией.

2. Тракторист должен постоянно следить, чтобы во время работы машины в зоне 30 м по обе стороны машины не находились люди или животные.

3. Тракторист обязан до начала работы тщательно осмотреть все крепления узлов и агрегатов машины и устранить все неисправности. Пуск в работу неисправной машины категорически воспрещается.

4. Осмотр и устранение дефектов, смазка, регулировка должны производиться в нерабочем состоянии машины, когда рабочий орган опущен на землю, а двигатель заглушен.

5. Категорически запрещается:

а) садиться и сходить с машины на ходу;

б) включать вал отбора мощности, когда конавоочиститель поднят в транспортное положение;

в) сидеть или стоять во время работы на любых частях машины, кроме рабочего места тракториста;

г) производить очистку фрез и проворачивать их при работающем двигателе;

д) переезжать через мосты, грузоподъемность которых меньше веса машины;

е) оставлять трактор с работающим двигателем;

6. При переезде по пересеченной местности водитель должен быть внимателен.

7. Движение машины в транспортном положении производится по правилам уличного движения.

8. При переезде на большое расстояние рабочий орган крепить обязательно транспортным устройством.

Список используемых источников

1. Щемлёв А.М. Проектирование гидропривода машин для земляных работ: Учеб. пособие. - Могилёв: ММИ, 1995. - 322 с.: ил.

2. Машины для земляных работ: Учебник для студентов вузов по специальности «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» /Д.П. Волков, В.Я. Крикун, П.Е. Тотолин и др.; Под общ. ред. П.П. Волкова. - М.: Машиностроение., 1992 - 448 с.: ил.

3. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник - М.: Машиностроение, 1983. - 301 с., ил.

4. Проектирование машин для земляных работ/ Под ред. А.М. Холодова. - Харьков: Выш. шк. Изд-во при Харьк. ун-те, 1986.- 272 с.

5. Иванов М.Н. Детали машин. - М.: Высш. шк., 1991. - 382 с.

6. Авторское свидетельство СССР № 1456510, Коналокопатель. E 02 F 3/18, 1983.

7. Авторское свидетельство СССР № 1073386, Коналокопатель, E 02 F 5/08, 1979.

8. Авторское свидетельство СССР № 1183631, Коналокопатель, E 02 F 9/08, 1982.

Размещено на Allbest.ru