Дипломная работа на тему "Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора"

ГлавнаяТранспорт → Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора":


1. Введение

В настоящее время в парке строительных одноковшовых экскаваторов в нашей стране и за рубежом преобладают гидравлические машины с жесткой подвеской рабочего оборудования. Широкое распространение гидравлических экскаваторов обусловлено неоспоримыми преимуществами гидрообъемного привода перед приводом с механической трансмиссией и гибкой подвеской рабочего оборудования, в первую очередь, простотой кинематических связей между источниками и потребителями энергии, способностью пр остыми средствами преобразовать вращательное движение первичного двигателя в поступательное движение конечного звена исполнительного механизма, способностью реализовать большие усилия на рабочих органах при минимальных размерах передаточных устройств, возможностью силового воздействия на рабочие органы, как в прямом, так и в возвратных направлениях. Эти преимущества обеспечили гидравлическим экскаваторам высокую эффективность, в частности, более низкую чем у канатных экскаваторов металлоемкость.

Строительные гидравлические одноковшовые экскаваторы предназначены для разработки грунтов до 4 категории включительно без их предварительного разрыхления при отрывке котлованов, траншей, каналов, дорожных кюветов и других выемок, разработке резервов для отсыпки насыпей, а также разработке карьеров строительных материалов. Они могут также разрабатывать более прочные грунты, включая мерзлые и скальные, после их разрыхления другими средствами. Эти машины широко используют в промышленном, гражданском, дорожном, аэродромном, трубопроводном, гидротехническом и других видах строительства, а также в промышленности строительных материалов.

2. Расчетная часть

2.1 Определение размеров базовой части гусеничного экскаватора

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 1. Схема размеров базовой части одноковшового экскаватора

Из размеров, определяющих опорную поверхность гусеничной тележки (колея К, ширина башмаков гусеничной цепи bГ и длина опорной поверхности гусениц lГ), наиболее значимым является колея К, в числе прочих факторов определяемая условиями размещения в межгусеничном пространстве опорно-поворотного устройства (ОПУ), а также формирующая габаритную ширину экскаватора - один из основных размеров, контролируемых при перевозке экскаватора на трайлере и по железной дороге. Колею К (м) назначим по аналогии с существующими экскаваторами. На основе статистической обработки данных 35 экскаваторов со стандартными башмаками (с минимальной опорной поверхностью) фирмы "Caterpillar" для этого размера получена корреляционная зависимость:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., м,

где mЭ - эксплуатационная масса экскаватора, т. Интервал значений коэффициента пропорциональности соответствует массам экскаватора mЭ = 14…25т. Для промежуточных масс здесь и далее этот коэффициент следует определять интерполированием.

Для проектирования исходя из заданных параметров экскаватора примем массу экскаватора mэ = 24.2т.

Из этого следует, что значение колеи будет равно:

Заказать написание дипломной - rosdiplomnaya.com

Уникальный банк готовых оригинальных дипломных работ предлагает вам скачать любые работы по требуемой вам теме. Грамотное написание дипломных проектов по индивидуальным требованиям в Новокузнецке и в других городах России.

К = 11.1 · 24.20.23 = 2.309 м

Окончательно примем значение К = 2.5 м

Два других размера (bГ и lГ) необходимо назначить, чтобы среднее давление гусениц на грунт Pср (кПа) не превышало заданного допускаемого значения (Pср) (кПа):

Pср = Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., кПа,

где GЭ - сила тяжести экскаватора (GЭ = mэ g =242 кН); (Pср)=44 кПа;

g - ускорение свободного падения (g = 9.81 м/с2). Для удобства расчета примем значение свободного падения приблизительно равным 10 м/с2.

Ориентировочно для гусениц с основными башмаками (для работы на грунтах средней и повышенной несущей способности - гусеницы с минимальной опорной поверхностью) можно принять:

bг = (0.23...0.34)K = 0.34 · 2.5 = 0.85 м

Окончательно примем bг = 0.8 м.

В случае гусениц с увеличенной опорной поверхностью этот размер следует увеличить на 30 - 50%. При необходимости может быть также откорректирована колея К, Окончательно размер bГ следует округлить до значения, кратного 50 мм.

Базу lГ определим из формулы:

--------------------------------------------------
--------------------------------------------------

--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------   |
--------------------------------------------------------- -------------------------------------------------- Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Принимаем значение lГ = 3.83 м, по конструктивным соображениям.

Заметим, что при малых значениях базы lГ может оказаться недостаточной продольная устойчивость экскаватора, при больших же значениях уменьшается допускаемая по условиям безопасности область подземной части рабочей зоны.

На стадии предварительных расчетов решение можно считать удовлетворительным, если отношение базы к колее не выходит за пределы:

1.3 < lГ / К< 1.7

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

В нашем случае условие выполняется, так как:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Определив значение lГ и bг определим значение Pср, м:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Условие выполняется, так как Pср = 39.5 (кПа) не превышает заданного допускаемого значения (Pср) =44 (кПа). Все другие размеры гусениц назначают соответственно модульным группам (Таблица 2).

Таблица 2. Размеры модульных гусеничных тележек тракторного типа цевочным зацеплением гусеничных пеней, мм

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

При этом габаритную высоту HГ (м) и высоту НО (м) оси ведущей звездочки принимаем как предварительные. Их уточняют следующим расчетом. Размеру НО соответствует диаметр ведущей звездочки, измеренный по осям шарниров гусеничной цепи (рис. 2).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2. Схема размеров в узле ведущей звездочки

DЗВ=2(НО – hГЦ+h 'ГЦ) = 2(0.46-0.1405+0.059) = 0.757 м,

где HО = 0.46 м - высота оси ведущей звездочки;

HГ = 0.93 м - высота гусеницы;

tЦ = 0.17105 м - шаг гусеничной цепи;

hГЦ = 0.1325 м - высота гусеничной цепи (м);

h 'ГЦ = 0.059 м - расстояние от внутренней поверхности до осей шарниров;

hГЗ = 0.0253 м – высота грузозацепов.

Диаметр ведущей звездочки D3B (м) вязан с шагом цепи tЦ (м) и числом зубьев z соотношением:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. = Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. ,

где П = 3.14, откуда выразим z:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Округляя z принимаем числа зубьев равными 24, уточним размер звездочки:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Определим HГ min минимальную габаритную высоту гусениц, м:

HГ min = DЗВ + 2(hГЦ – h'ГЦ) = 0.749+2*(0.1405 – 0.059) = 0.91 м

Конструктивный диаметр звездочки D3B вычисляем с точностью до 10 -5 м, для использования, же этого результата в расчетах других параметров этот размер округляем с точностью вычисляемого параметра - до 0,01 м.

Верхняя ветвь гусеничной цепи проектируется несколько поднятой поддерживающими роликами. Тогда HГ > НГ min. Табличное значение НГ примем равным 0.91 м.

Определим габаритную длину LГ гусеницы, м:

LГ = lГ+HГ min = 3.83+0.91=4.74 м

Определим габаритную ширину ВХ гусеничного хода, м:

Bx= К+bГ = 2.5+0.8 м

Клиренс Кл под поворотной платформой, измеренный от уровня стоянки, определим по эмпирической зависимости, м:

Кл = (1.2...1.17) (НГ – 2h ГЗ) = 1.3(0.93 – 2 × 0.0253) = 1.14 м,

где значение коэффициента пропорциональности соответствуют массе экскаваторов тЭ = 24.2 т.

Остальные размеры базовой части гусеничных экскаваторов назначают, руководствуясь следующим.

Окончательно типоразмер опорно-поворотного круга определяют расчетом в зависимости от воспринимаемых им внешних нагрузок. На стадии предварительных расчетов диаметр ОПУ определяют по эмпирической зависимости:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Найденный размер округляют до ближайшего стандартного из ряда (Таблица 3):

Таблица 3.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Принимаем диаметр DОПУ = 1.25 м.

Ширину поворотной платформы ВПЛ гусеничных экскаваторов с минимальной опорной поверхностью гусениц назначают равной габаритной ширине гусеничного хода.

В продольном направлении размеры поворотной платформы определяются измеренными от оси ее вращения радиусами передней rП и хвостовой rХВ частей.

Первый назначают на 0,05...0,1 м больше половины диаметра ОПУ, а второй - по эмпирической зависимости:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Высоту балки поворотной платформы назначаем из пределов hm = 0,17…0,4 м, соответствующей указанной предельной массе экскаватора. Под кабиной этот размер уменьшим в два раза. Выбираем высоту балки поворотной платформы hm = 0,2 м.

Определим высоту НКП капота силовой установки, м:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

На современных экскаваторах устанавливают унифицированную кабину с габаритными размерами: высотой 1.65 м, шириной 1 м и длиной 1.25 м. Ее размещают справа или, чаще, слева в передней части поворотной платформы с выдвижением вперед за переднюю балку последней на 0.2...0.3 м, В поперечном направлении кабину располагают у бокового края платформы. На экскаваторах малых моделей (до второй, иногда третьей размерных групп) из-за расположения в средней части платформы стоек-пилонов для крепления пяты стрелы кабину не удается вписать в габариты платформы. В этом случае ее несколько смещают в сторону.

Габаритная ширина ВЭ. ГАБ базовой части экскаватора определяется либо габаритной шириной гусеничного хода, либо, в случае смещения кабины за габарит поворотной платформы, размером от внешней боковой поверхности кабины до внешней плоскости противоположных гусеницы. Размер ВЭ. ГАБ следует сопоставить с габаритной шириной подвижного железнодорожного состава, равной 3,25 м, и принять решение о возможности перевозки экскаватора по железной дороге. Обычно малые модели экскаваторов, включая те, у которых кабина выходит за габариты поворотной платформы, вписываются в указанный выше железнодорожный габарит. Неудовлетворение этому требованию возможно лишь у машин больших размерных групп, для которых ВЭ. ГАБ = ВХ. Этот размер можно уменьшить за счет выбора минимального расчетного значения колеи К. При этом полученные ранее размеры ВХ и ВПЛ подлежат корректировке. Если ВХ больше ВПЛ (например, для экскаваторов с увеличенной опорной поверхностью гусениц), то иногда удается вписаться в железнодорожный габарит после снятия одной или двух гусеничных цепей при погрузке экскаватора на железнодорожную платформу. При этом с целью удовлетворения требованиям развески груза по ширине железнодорожной платформы предпочтительно снимать обе гусеничные цепи. При снятии одной гусеничной цепи погрузочная габаритная ширина гусеничной тележки уменьшится примерно на 0,4bГ по сравнению с габаритной шириной ВХ. В случае неудовлетворения описанных мер требованиям железнодорожного габарита для перевозки экскаватора по железной дороге требуется разработать специальные мероприятия, которые не входят в состав настоящего расчета.

Для достижения при заданных рабочих размерах рабочего оборудования наибольшей глубины и радиуса копания на уровне стоянки экскаватора или, при заданных рабочих размерах, минимальных линейных размеров рабочего оборудования, пяту стрелы желательно располагать на поворотной платформе возможно ниже и на максимально возможном вылете от оси вращения поворотной платформы. В то же время, ее координаты оказываются строго увязанными с длиной стрелового гидроцилиндра и координатами его пяты. Во избежание задевания гидроцилиндром, за раму ходовой тележки гусеницы у гусеничных экскаваторов при опущенной стреле пяту гидроцилиндра располагают не ниже середины балки поворотной платформы. Конструктивно эти координаты (высота h ПЦ и радиус r ПЦ) определим как:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Координаты пяты стрелы (высоту h ПС и радиус r ПС) определяют с учетом приведенных выше координат пяты стрелового гидроцилиндра и по условиям обеспечения подъема и опускания стрелы в соответствии с заданными технологическими размерами при указанных выше линейных размерах стрелового гидроцилиндра. Поскольку эти размеры на данной стадии расчетов еще не известны и могут быть определены при последующем расчете, в котором координаты пяты стрелы являются исходными, последними приходится задаться по формулам подобия:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

и уточнить их после определения линейных размеров стрелового гидроцилиндра. По полученным размерам вычерчивают конструктивную схему базовой части экскаватора (рис.1).

2.2 Определение основных параметров ковша

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 3. Схема размеров основного ковша

Ориентировочно массу ковша тк (т) принимают пропорциональной его вместимости q (м3):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - удельная масса (приходящаяся на единицу вместимости), принимаемая равной 0,9 т/м3.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Линейные размеры (м) основного ковша типа 02 (рис. 3) назначают в соответствии с действующим стандартом по формулам вида:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Значения коэффициентов пропорциональности k и свободных членов а приведены в табл. 2.

Таблица 2

--------------------------------------------------
Определяемые размеры у (рис.2) | k | а, м |
---------------------------------------------------------

Ширина ковша по внутреннему обмеру, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

| 1,51 | -0,26 |
---------------------------------------------------------
Радиус, описываемый при повороте ковша кромкой передней стенки R | 1,1 | 0,26 |
---------------------------------------------------------

То же режущей кромкой зуба Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

| 1,25 | 0,25 |
---------------------------------------------------------

Длина прямолинейной части передней стенки Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

| 0,8 | 0 |
---------------------------------------------------------

Радиусы закруглений корпуса: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

| 0,45 | 0,08 |
---------------------------------------------------------

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

| 0,22 | 0,08 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Ширина ковша по внутреннему обмеру, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Радиус, описываемый при повороте ковша кромкой передней стенки, R

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Радиус, описываемый при повороте ковша кромкой зуба, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Длина прямолинейной части передней стенки, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Радиусы закруглений корпуса, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

2.3 Определение основных параметров рабочего оборудования

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 нагруженном 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.

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:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где b = 0.85 м - ширина ковша, м;

kР = 1.26- коэффициент разрыхления грунта, задаётся в зависимости от категории грунта согласно таблицы. Hк =5.91 м, максимальная глубина копания, м. Определим длину стрелы lС, м:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где αС — угол поворота стрелы, αС = 94°.

Определим размер рукояти lР, м:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Ki = 0.7645, коэффициент пропорциональности рукояти относительно массы экскаватора.

По найденным размерам Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., троят осевой профиль рабочей зоны

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 4. Осевой профиль рабочей зоны

В процессе экскавации грунта надземная часть рабочей зоны может быть использована полностью, а подземная часть - только в пределах безопасной зоны, согласно СНиП ограниченной откосом безопасности не ближе 1 м (на уровне стоянки) от наиболее удаленной от оси вращения поворотной платформы точки опорного контура. Крутизна откоса безопасности зависит от вида разрабатываемого грунта и глубины копания. Абсциссу точки L - начала откоса безопасности на уровне стоянки экскаватора определим как

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где а - расстояние от крайней точки опорного контура экскаватора до начала откоса, согласно СНиП принимаемое равным 1 м;

Bк=0.85 м – ширина ковша; lг – расчетная глубина копания

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 5. Схема к определению параметров гидроцилиндра рукояти.

2.4 Выбор типоразмеров гидроцилиндров и их привязка

2.4.1 Выбор типоразмеров гидроцилиндра привода рукояти

Определим работу, затрачиваемую на преодоление сопротивлений грунта копанию рукоятью:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где К1 – удельное сопротивление грунта копанию, К1=220 кПа;

Кэ – коэффициент энергоемкости, Кэ=0.94;

q – вместимость ковша, q=0.4 м3;

lк=R1=1.2 м;

Hp=3.94 м – оптимальная глубина копания;

τ – угол наклона откоса безопасности к уровню стоянки экскаватора, τ=75˚30’

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Для определения работы AG (кДж), затрачиваемой на преодоление сил тяжести рабочего оборудования и грунта в ковше, предварительно найдем силы тяжести ковша, рукояти с гидроцилиндром привода ковша, коромыслом и тягой, стрелы с гидроцилиндром привода рукояти и грунта в ковше.

Масса ковша mк (т) определена ранее, массы рукояти тр (т) и стрелы mс (т) определим приближенно по подобию с уже имеющимися экскаваторами как

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - масса 1 п. м. металлоконструкции рукояти или стрелы, выбираемая из пределов Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.= 0,08 ... 0,38 т/м при mэ= 6 ... 40. Принимаем Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.= 0,24 т/м.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Массу грунта в ковше в начале (тгн, т) и в конце (mгв, т) прямолинейного участка ВС определим как:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - плотность грунта, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. =1.9 т/м3;

V - объем грунта в ковше

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Определим силы тяжести рабочего оборудования.

Сила тяжести рукояти:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Сила тяжести стрелы:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Сила тяжести ковша:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Сила тяжести грунта в ковше в начале и в конце участка ВС:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

С использованием полученных данных вычислим работу, затрачиваемую на преодоление сопротивления сил тяжести элементов рабочего оборудования и грунта в ковше на указанных перемещениях:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Полная работа, затрачиваемая на преодоление сопротивлений грунта копанию и подъему рабочего оборудования с грунтом, определится суммой:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Такую же работу, с учетом потерь на трение в кинематических парах, учитываемых коэффициентом полезного действия (КПД) механизма поворота рукояти, выполнит гидроцилиндр ее привода:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Приближенно указанный КПД можно определить как:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - КПД одного шарнира (для смазанных шарниров Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.);

n - число шарниров (п = 3); Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - механический КПД гидроцилиндра, учитывающий потери на трение в парах поршень - зеркало цилиндра и шток - накидная гайка (Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда работа гидроцилиндра механизма поворота рукояти будет равна:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Представим работу Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. через параметры гидроцилиндра: перепад давлений рабочей жидкости в его полостях, принимаемый как среднее рабочее давление Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (кПа); площадь F (м2) и ход поршня Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (м). С учетом примерно 10% потерь при перемещении жидкости от насоса к гидроцилиндру среднее рабочее давление определится как:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., МПа

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - среднее рабочее давление, развиваемое насосом, МПа. Для аксиально-поршневых насосов серии 223 Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.= 32 МПа.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

В пределах рассматриваемого перемещения рабочего оборудования ход поршня Ln используется лишь частично - Ln'. Предполагая перемещение поршня примерно пропорциональным синусу половины углового перемещения рукояти относительно стрелы, найдем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., м

где ради сокращения записи в дальнейших расчетах обозначено:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - углы между кинематическими звеньями Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. соответственно в их нижнем и верхнем положениях (определяются непосредственным измерением по схеме рис. 5), Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.=145˚ и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.=82.5˚

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - полное угловое перемещение рукояти, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.=105˚

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Представим работу гидроцилиндра в виде:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., кДж

Произведение Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. есть рабочий объем гидроцилиндра Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (м3) - его обобщенная характеристика. Тогда рабочий объем гидроцилиндра будет равен

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., л

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

По этому параметру (отклонение в меньшую сторону не более 10%) предварительно выберем типоразмер гидроцилиндра (таб. 3).

Таблица 3

--------------------------------------------------
Диаметр поршня D, мм | 140 |
---------------------------------------------------------
Диаметр штока d, мм | 90 |
---------------------------------------------------------
Наружный диаметр гильзы D1, мм | 168 |
---------------------------------------------------------
Наружный радиус концевой проушины r, мм | 100 |
---------------------------------------------------------
Размер A=L0-Lш, мм | 580 |
---------------------------------------------------------
Площадь поршня F, см2 | 153.9 |
---------------------------------------------------------
Рабочий объем W, л | 13.85 |
---------------------------------------------------------
Ход поршня L, мм | 900 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

2.4.2 Выбор типоразмеров гидроцилиндра механизма поворота ковша

Механизм поворота ковша состоит из стойки (рукояти) 1 (рис. 6), ползунковой пары гильза гидроцилиндра - поршень со штоком 2, коромысла 3, тяги 4 и ведомого звена (ковша) 5.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 6. Конструктивная схема механизма поворота ковша

Не располагая исчерпывающими результатами исследований оптимальных отношений кинематических звеньев механизма, для расчета назначим их по подобию с существующими экскаваторными механизмами (в долях от длины ведомого звена Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - расстояния между проушинами ковша, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.=0.35 м):

Длина стойки

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Длина большего плеча коромысла

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Длина тяги

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Вычислим работу сил сопротивления грунта копанию без учета влияния изменчивости толщины грунтовой стружки:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Работа, затрачиваемая на преодоление сопротивлений грунта копанию поворотом ковша, равна:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где ξ – поправочный коэффициент, учитывающий изменчивость толщины стружки, ξ=1.25 для глин и суглинков.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Работа, затрачиваемая на преодоление сопротивлений сил тяжести ковша и грунта в нем, не превышают 2,5. ..3,5% от вычисленной выше работы Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., в связи с чем учтем ее поправочным коэффициентом в полной работе сил сопротивления копанию грунта поворотом ковша:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Вычислим рабочий объем гидроцилиндра

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - механический КПД гидроцилиндра, учитывающий потери на трение в парах поршень - зеркало цилиндра и шток - накидная гайка (Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - коэффициент, определяется как

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда рабочий объем гидроцилиндра равен

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Выбираем гидроцилиндр с рабочим объемом Wгц=9.7 л, ходом поршня L=630 мм. Остальные параметры гидроцилиндра приведены в таб.3.

По полученным значениям стойки, коромысла, тяги и гидроцилиндра строим схему привязки гидроцилиндра и находим точку его крепления (рис. 7).

Сориентируем теперь гидроцилиндр по отношению к коромыслу, для чего определим места расположения концевых шарниров гидроцилиндра на рукояти (шарнир D, см. рис. 7) и на коромысле (шарнир Е). Эту операцию будем называть в дальнейшем привязкой гидроцилиндра.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 7 Привязка гидроцилиндра привода ковша.

Потребуем, чтобы в крайних положениях ковша сопротивления грунта копанию преодолевались равными усилиями на штоке гидроцилиндра. Неудовлетворение этому требованию приводит к перегрузке гидроцилиндра в одном положении и недоиспользованию его силового потенциала в другом положении. Согласно этому требованию гидроцилиндр можно было бы привязать к коромыслу в точке Е'0 так, чтобы длина отрезка Е'0Е'К, параллельного отрезку С0СК, была в точности равна ходу поршня Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.=630мм, а шарнир привязки гильзы к рукояти (точка D') находился бы на расстоянии L0 (длина гидроцилиндра по концевым шарнирам при полностью втянутом штоке) на одной прямой с отрезком Е'0Е'К. На завершающем этапе следует, не изменяя угла AE'0D', повернуть ломаную AE'0D' относительно шарнира А в положение, при котором, во избежание задевания проушины гильзы за рукоять, центр шарнира D находился бы на удалении Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - наружный радиус проушины; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. = 100...150 мм - зазор) от верхнего обреза рукояти. Положения шарниров D и Е определят ориентацию гидроцилиндра по отношению к коромыслу, а взаимное расположение шарниров А, Е и С0, кроме того, определит конфигурацию коромысла.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 8. Привязка гидроцилиндра привода ковша.

2.4.3 Выбор типоразмеров гидроцилиндра привода стрелы

В приводе стрелы устанавливают либо один, либо два гидроцилиндра.

При подъеме рабочего оборудования стреловыми гидроцилиндрами одолеваются силы тяжести стрелы, рукояти, ковша, грунта в нем, гидроцилиндров привода рукояти и ковша, коромысла и тяги, а также собственных поршней со штоками.

Найдем суммарный рабочий объем гидроцилиндров привода стрелы:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (кН), и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (м) - сила тяжести и вертикальное перемещение центра масс i – го элемента рабочего оборудования или грунта. Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.- определяется по схеме высотных перемещений центров масс элементов рабочего оборудования (рис. 9).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 9. Схема высотных перемещений центров масс элементов рабочего оборудования.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рабочий объем одного гидроцилиндра равен:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

По полученному рабочему объему выбираем гидроцилиндр (таб.4)

Таблица 4

--------------------------------------------------
Диаметр поршня D, мм | 140 |
---------------------------------------------------------
Диаметр штока d, мм | 90 |
---------------------------------------------------------
Наружный диаметр гильзы D1, мм | 168 |
---------------------------------------------------------
Размер А, мм | 580 |
---------------------------------------------------------
Площадь поршня F, см2 | 153,9 |
---------------------------------------------------------
Рабочий объем W, л | 17.24 |
---------------------------------------------------------
Ход поршня L, мм | 1120 |
---------------------------------------------------------
Наружный радиус концевой проушины r, мм | 100 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Предварительно гидроцилиндр привязывают к стреле. В качестве исходных данных используют полный угол поворота стрелы Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., длины L0 и L0 + Lп гидроцилиндра по концевым шарнирам соответственно с полностью втянутым и выдвинутым штоком, а также вероятное отношение моментов внешних сил относительно оси пяты стрелы Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в начале подъема рабочего оборудования из предельного нижнего положения (Мсн) и в конце подъема на максимальную высоту (Мсв). Используется нижняя часть схемы, представленной на рис.9. Суммарный момент сил тяжести относительно оси пяты стрелы определится как

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., кНм

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (м) - абсцисса и ордината центра масс i - го элемента рабочего оборудования или грунта, отсчитываемые соответственно от оси вращения поворотной платформы и от уровня стоянки экскаватора рис.9.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Момент сил тяжести и центробежных сил относительно оси пяты в верхнем положении рабочего оборудования (рис.8 верхнее положение) определится как

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., кНм

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. кН – центробежные силы,

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - масса i - го элемента, т; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - угловая скорость поворотной платформы в конце разгона, ориентировочно принимаем

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Этот момент не должен превышать допустимого момента [М] по условиям устойчивости экскаватора, для гусеничных экскаваторов - Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Условие Мсв ≤ [М] выполняется.

Схема привязки стрелового гидроцилиндра представлена на рис.10, где через а = ОсА обозначено расстояние от оси пяты стрелы до оси шарнира, соединяющего гидроцилиндр со стрелой, а через b = ОсОпц - расстояние между осями пят стрелы и гидроцилиндра. Найдем сначала показанные на рис. 10 углы Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. Потребуем, чтобы сопротивления подъему рабочего оборудования в его крайних положениях преодолевались равными усилиями на штоке гидроцилиндра, для чего необходимо, чтобы было выполнено условие:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Приближенно, учитывая малость углов Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., можно принять Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., после чего:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

где

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

После отыскания углов Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. расстояния а и b определятся как

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., м;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., м

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 10. Привязка стрелоподъемного гидроцилиндра.

2.4.4 Привязка гидроцилиндра привода рукояти

В качестве исходных данных для привязки гидроцилиндра привода рукояти используют размеры очертания удлиняющей части стрелы вместе с кинематической осью последней (по результатам построения конфигурации стрелы), положения кинематической оси рукояти, предельно отвернутой от стрелы 1 (рис. 11) и предельно подвернутой к ней 2 (из построений осевого профиля), размеры окончательно выбранного гидроцилиндра - ход поршня Lп и длина по концевым шарнирам с полностью втянутым штоком L0.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 11. Привязка гидроцилиндра привода рукояти.

Первоначально хвостовую часть рукояти (кривошип) можно ориентировать произвольно относительно ее кинематической оси, например, на продолжении последней: ОрА' при отвернутой от стрелы рукояти, ОрВ при подвернутой рукояти. Длину кривошипа Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. назначают из условия, чтобы основание А'В треугольника А'ВОр в точности было равно размеру Lп, так что

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., м

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Все последующие действия аналогичны таковым для привязки ковшового гидроцилиндра: А'С' = L0 на продолжении отрезка А'В, поворот ной ОрА'С' в положение ОрАС (точка С на расстоянии Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. от верхнего обреза балки стрелы). В результате привязки гидроцилиндра получено положение шарнира С относительно удлиняющей части стрелы и ориентация кривошипа ОрА относительно кинематической оси рукояти 1.

2.5 Расчет рабочего оборудования

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 12. Схема к определению усилий, действующих на рабочее оборудование одноковшового экскаватора.

Копание поворотом ковша. На рабочее оборудование действуют наибольшие нагрузки в период копания гидроцилиндром ковша на максимальной глубине. Если наибольшее усилие на режущей кромке ковша не может быть достигнуто из-за ограниченной устойчивости экскаватора или ограничения реактивного усилия в гидроцилиндре рукояти, то за расчетное принимают положение, при котором рукоять повернута на угол, допускающий развитие максимального усилия на режущей кромке ковша, что соответствует расчетному положению рукояти 3р (рис.12) и ковша Зк (рис.13).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 13. Схема к определению усилий в тяге ковша.

Определим наибольшее реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти РЦР, кН:

Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 6р:

ΣМВ = 0

- РЦР6 · (rЦР6) + GК. ГР · (rК. ГР6) + GР · (rР6) + РСР · (ρ) = 0

РЦР6 = 1 / rЦР6 · (GК. ГР · (rК. ГР6) + GР · (rР6) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.39 · (11 · 2.97 + 7.65 · 0.83 + 39.5 · 3.7) = 473.8 кН

Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 5р:

ΣМВ = 0

- РЦР5 · (rЦР5) + GК. ГР · (rК. ГР5) + GР · (rР5) + РСР · (ρ) = 0

РЦР5 = 1 / rЦР5 · (GК. ГР · (rК. ГР5) + GР · (rР5) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.502 · (11 · 2.81 + 7.65 · 0.78 + 39.5 · 3.7) =364.6 кН

Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 4р:

ΣМВ = 0

- РЦР4 · (rЦР4) + GК. ГР · (rК. ГР4) + GР · (rР4) + РСР · (ρ) = 0

РЦР4 = 1 / rЦР4 · (GК. ГР · (rК. ГР4) + GР · (rР4) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.55 · (11 · 2.3 + 7.65 · 0.65 + 39.5 · 3.7) =320 кН

Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 3р:

ΣМВ = 0

- РЦР3 · (rЦР3) + GК. ГР · (rК. ГР3) + GР · (rР3) + РСР · (ρ) = 0

РЦР3 = 1 / rЦР3 · (GК. ГР · (rК. ГР3) + GР · (rР3) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.54 · (11 · 1.62 + 7.65 · 0.45 + 39.5 · 3.7) =310 кН

Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 2р:

ΣМВ = 0

- РЦР2 · (rЦР2) + GК. ГР · (rК. ГР2) + GР · (rР2) + РСР · (ρ) = 0

РЦР2 = 1 / rЦР2 · (GК. ГР · (rК. ГР2) + GР · (rР2) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.54 · (11 · 0.72 + 7.65 · 0.2 + 39.5 · 3.7) =324 кН

Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 1р:

ΣМВ = 0

- РЦР1 · (rЦР1) - GК. ГР · (rК. ГР1) - GР · (rР1) + РСР · (ρ) = 0

РЦР1 = 1/ rЦР1 · (- GК. ГР · (rК. ГР1) - GР · (rР1) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.36 · (-11 · 0.26 - 7.65 · 0.07 + 39.5 · 3.7) =396.5 кН

Мы определили, что наибольшее реактивное усилие в цилиндре рукояти будет возникать в положении 6р. Далее мы выбираем по стандартизированному ряду гидроцилиндр, определяя его диаметр и площадь поршневой полости. Из полученных расчетов выбираем гидроцилиндр с диаметром поршня d = 0.125 м. Максимальное давление в гидроцилиндре принимаем равным 32 МПа. Подробный расчет гидроцилиндра будет рассмотрен нами далее.

Определим максимальное реактивное усилие в цилиндре рукояти РЦР, кН:

РЦРмакс = pМАКС · FЦР = 320 · 153.9 =492.5 кН,

где рМАКС - максимальное давление в цилиндре рукояти, кН;

В этом случае при копании поворотом ковша на его режущей кромке развивается усилие (рис. 12, 13) в положении 6Р:

ΣМВ = 0

Р1-6 · (ρ) – РЦР · (rЦР6) + GК. ГР · (r К. ГР) + GР · (r Р6) = 0

Р1-6 = 1 / ρ · (РЦР · (rЦР6) - GК. ГР · (r К. ГР) - GР · (r Р6)) =

= 1/3.7 · (-11 ·2.97 - 7.65 · 0.83 + 492.5 · 0.39) =41.4 кН,

в положении 3Р:

ΣМВ = 0

Р1-3 · (ρ) - РЦР · (rЦР1) - GК. ГР · (r К. ГР) - GР · (r Р1) = 0

Р1-3 = Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. =

= 1/3.7 · (-11 ·1.62 - 7.65 · 0.45 + 492.5 · 0.54) =66.1 кН,

в положении 1Р:

ΣМВ = 0

Р1-1 · (ρ) - РЦР · (rЦР1) - GК. ГР · (r К. ГР) - GР · (r Р1) = 0

Р1-1 = Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. =

= 1/3.7 · (11 ·0.26 + 7.65 · 0.45 + 492.5 · 0.36) =48.8 кН,

где ρ - плечо силы Р1 действующей относительно точки В, м.

Определим нормальную составляющую для положений 6Р, 3Р и 1Р:

P2-6 ≈ 0,2P 1-6 = 0.2 · 41.4 = 8.28 кН

P2-3 ≈ 0,2P 1-3 = 0.2 · 66.1 = 13.22 кН

P2-1 ≈ 0,2P 1-1 = 0.2 · 48.8 = 9.76 кН

Усилие на режущей кромке ковша для положений 6Р, 3Р и 1Р:

РК6мах = Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. = 42.22 кН

РК3мах = Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. = 67.41 кН

РК1мах = Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. = 49.76 кН

Из расчетов мы видим, что усилие на режущей кромке ковша для положения 3Р, равно РК1мах = 67.41 кН, это усилие на режущей кромке ковша будет являться максимальным, так как в этом положении будет максимальное плечо гидроцилиндра рукояти относительно шарнира В.

При копании без поворота ковша. Стрела максимально опущена вниз, копают без поворота ковша при движении рукояти снизу вверх, участок 1Р на траектории является наиболее нагруженным для гидроцилиндра стрелы, так как в этом положении плечо гидроцилиндра стрелы будем минимальным. Расчетные положения рабочего оборудования для этого случая показаны на рис. 13.

Из суммы моментов, действующих относительно точки В (шарнира рукоять—стрела), и по усилию в гидроцилиндре рукояти находят усилия на режущей кромке ковша. При этом считаем, что максимальный отпор грунта будет равен:

Р1-1 · (ρ) - РЦР · (rЦР1)+ GК. ГР · (r К. ГР) + GР · (r Р1) = 0

Р1-1 = 1/(3.7) · (492.5 · (0.36) - 11 · (0.26) - 7.65 · (0.07)) = 47 кН,

где P1-1 - касательное усилие, действующее на кромке ковша при копании рукоятью; р - радиус приложения усилия на кромке ковша при копании рукоятью, м; РЦР=492.5 кН - усилие, действующее в гидроцилиндре рукояти; rЦР - плечо приложения усилия в гидроцилиндре рукояти, м; GР и GК. ГР - вес рукояти с гидроцилиндром ковша и ковша с грунтом; rР и rК. ГР - плечи сил тяжести рукояти и ковша с грунтом, м.

По найденному усилию P1-1, действующему на зубья ковша (режущую кромку ковша), и сумме моментов относительно точки А (пяты стрелы) определяют реактивное усилие в гидроцилиндрах стрелы по формуле:

РЦС = Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Реактивное усилие в цилиндрах стрелы PЦС для положений 1Р определим по формуле:

PЦС1= (1 / 0.54) · (47 · 8.04 + 14.35 · ∙2.1 + 7.65 · 3.48 + 11 · 3.66 – -9.76· 3.03) = 824.6 кН,

По результатам расчета активных и реактивных усилий для рассматриваемых положений находим наиболее неблагоприятное расчетное положение. Этому положению соответствует крайнее нижнее положение стрелы 1Р. При копании поворотом ковша. Определим усилие для положений 6Р,

Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 729

Другие дипломные работы по специальности "Транспорт":

Организация мероприятий по повышению безопасности движения в городе Йошкар-Ола

Смотреть работу >>

Эффективность деятельности современного транспортного предприятия

Смотреть работу >>

Ремонт и техническое обслуживание ходовой части ГАЗ-3102

Смотреть работу >>

Анализ эффективности использования основных производственных фондов ОАО "Северный порт" и разработка предложений по её повышению

Смотреть работу >>

Разработка оборудования для дозировки балласта

Смотреть работу >>