диплом (Модернизация рабочего органа одноковшового экскаватора), страница 7

Определяется согласно балансу работ:ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ51(2.2.)В соответствии с конструкцией примем следующие величины углов резания:==22.5=0Тогда(2.3.)(2.4.)Согласно модели МАДИ, формулу 2.4. можно представить в виде:(2.5.)где В – ширина зуба– удельное сопротивление грунта боковому смещениюСопротивление трения грунта о зуб:(2.6.)тргде f0 - коэффициент трения ненапряженного грунта о зубf1 - коэффициент трения напряженного грунта о зуб- коэффициент, учитывающий свойства грунтаОдним из важных факторов, определяющих сопротивление твердых,скальных и мерзлых грунтов, является процесс трещинообразования.Если рассматривать физический процесс внедрения зуба в тело сыпучеЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ52го, рыхлого, сухого или глинистого грунта, видно, что частицы определенных размеров и с определенной энергией связи (пример грунта с мелкимичастицами и высокой энергией связи – глина, пример грунта с крупными частицами и низкой энергией связи – щебень)мелкие частицы с соседними частицами, перемещаясь относительно друг друга, за счет энергии, сообщеннойим зубом ковша, позволяют ему углубляться в тело грунта.

Процесс протекает достаточно плавно, движение частиц относительно равномерное.Этому процессу можно противопоставить процесс внедрения зуба ковшав тело мерзлого, твердого или скального грунта, а также элементов бетонныхконструкций. При непосредственном приложении усилия к зубу такие грунты разрабатываются очень плохо. Энергия связи между частицами грунтаочень высока, поэтому они не могут смещаться относительно друг друга, какв первом примере.

Для деформации таких грунтов необходимо появлениеконцентратора напряжений, микротрещины, и последующее ее расширение срасколом грунта в месте внедрения зуба. Расчетная схема представлена нарисунке 2.11.Рисунок 2.11. Расчетная схемаОбщая методика расчета основана на том, что при упоре резца в поверхность твердого, скального или мерзлого грунта, по линии контакта начинаютнакапливаться механические напряжения, при углублении зуба вглубь грунЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ53та, напряжения усиливаются. При заглублении на некую величину S, энергиямеханических напряжений превышает некоторую критическую величину,необходимую для образования трещины.

Чтобы заглубить нож на расстояниеS, необходимо преодолеть следующие сопротивления: сопротивление лобовой грани зуба, сопротивление грунта разлому, сопротивление трения грунтао зуб. Формулы определения сопротивлений почти идентичны формулам 2.1,2.5, 2.6, с небольшими изменениями, за счет необходимости учета углов резания. При этом коэффициенты свойств грунта отличаются от таковых в предыдущих формулах. коэффициентыприменимы к общей массе грун-та, то есть при рассмотрении грунта как относительно подвижного тела, состоящего из частиц грунта (кусков породы), связанных некоей энергией связи, либо единой массы грунта, но с уже имеющимися микротрещинами. Коэффициенты жеприменимы при рассмотрении отдельно взятогокуска породы, либо единой массы грунта без микротрещин.Итоговая формула определения силы сопротивления грунта определитсяисходя из баланса работ:прлтр об∆3)Scos(2.7.)тр обпрл(2.8.)Существует эмпирическая зависимость, связывающая силу резания с результирующим сопротивлением трещинообразования:тробр(2.8.)тробЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ54гдеоптимальная скорость разработки конкретного грунта с нор-мальным трещинообразованием, то есть такая скорость разработки при которой в теле грунта будут успевать образовываться микротрещины.- поправочный коэффициент, учитывающий свойства грунта.То есть, как видно из зависимости 2.8., при превышении некоей оптимальной скорости резания, сопротивление трещинообразования начинаетрасти пропорционально второй степени отношения фактической и оптимальной скоростей резания.Также существует показательуд тр об ,характеризующий средневзве-шенное наименьшее значение энергий, необходимое для образования трещины, приведенное к 1 м ширины режущей кромки зуба.Для рассматриваемого грунта третьей категории по классификацииМАДИ, коэффициенты составляют:-265000-3600-12-0.4-510000-8000-26-0.1-0.08-0.16уд тр об-80 Дж/мРассчитаем значение суммарного сопротивления погружению 1 зуба вгрунт при скорости резания, равной оптимальной, то есть 0.1 м/сЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ55НОпределим достаточность энергии удара ударника зуба для образованиятрещины в породе.

Первоначально, расчет произведем исходя из геометрических построений и эскизного проектирования, с последующей дальнейшейкорректировкой при необходимости. Зададимся исходными параметрами:Nдв-мощность электродвигателя, Вт-300nдв-частота вращения вала, об/мин-400Mгир-масса гири, кг-2.5гир-ход гирь, м0.01Суммарная энергия удара равна:гир гирудгдегир(2.9.)гир гир- скорость гирь непосредственно перед ударом по ударникуСкорость гирь в момент удара определится исходя из следующих выражений:г пргир ггг пр(2.11.)г пргиргиргде(2.10.)гир(2.12.)г(2.13.)– усилие пружины при рабочей деформации- жесткость пружиныг- ускорение, сообщаемое гирям пружиной- время свободного перемещения гирьЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ56Выразим скорость гирь в момент удара через известные величины:гиргирггирггиргир гггирг пргиргиргиргир(2.14)При этом, также справедливо следующее выражение:двкулкулгдедодогиргир(2.15)– коэффициент, учитывающий долю общей длины окружности,приходящуюся на взведение пружиныВыразим максимальное значение жесткости пружины:двдо(2.16)гирУчитывая, что(2.17.)двкрутящий момент двигателя можно выразить как:двдв(2.17.)Соответственно, жесткость пружины определится как:двдогирдв догир(2.18)ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ57Подставим значения:Н мОпределим максимальное усилие пружины:(2.19)гирПодставим значения:НПримем меньшее значение усилия пружины в 1600 НПодберем пружину, соответствующую расчетным параметрам:D-наружный диаметр, мм-60d-диаметр проволоки, ммLсв-длина в свободном состоянии, мм -Lп/напр ---F90длина в предварительнонапряженном состоянии, мм Lраб572длина рабочая, мм--62усилие при рабочейдеформации, Н1600Определим энергию удара:удг пргир гиргир аг(2.20.)(2.21.)ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ58При этом, для равноускоренного движения:аггиргиргггирг(2.22.)г гиргиргиргиргир(2.23)Окончательно, энергия удара определится как:удгиргир(2.24)гиргирПодставим значения:ДжудИсходя из характеристик рассматриваемого грунта, минимально необходимая энергия трещинообразования составит:тр обр(2.25.)уд тр обрПодставим значения.тр обрДжКак видно, энергия, передаваемая ударником грунту, достаточна, длявозникновения в последнем трещин.

Соответственно, если рассматриватьпроцесс резания в плане энергетической эффективности, сила резания, прилагаемая к зубу, уменьшится на величину:тр обрпрл(2.26)ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ59При скорости резания 0.1 м/с эта величина составит 386 НТаким образом зависимость повышения эффективности резания (снижения усилий) в корреляции со скоростью резания имеет вид (рисунок 2.12):Рисунок 2.12. Характеристическая зависимость повышения эффективности копания от скорости резанияПодберем приводной электродвигатель, соответствующий расчетнымпараметрам.

Тип двигателя примем коллекторным на постоянном токе, двухобмоточный. Это позволит уменьшить габаритные размеры в поперечнойплоскости за счет увеличения размеров в продольной. Для привода зубьев навал основного двигателя машины, либо на вал отбора мощности, необходимоустановить дополнительный генератор. Мощность генератора должна подбираться, соответственно количеству ударных зубьев, установленных на ковше.ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ60Всем расчетным характеристикам соответствует двигатель УВ-052АЭПодберем конструкционные материалы для элементов разработанногоустройства.

Все элементы конструкции по назначению и требованиям к материалам можно разделить на 4 группы:детали без предъявляемых особенных требований к качеству и1.характеристикам материала:- корпус- задняя крышка- вкладыш- коромыслоДля этих деталей оптимальным является применение стали 40 со следующими характеристиками:Таблица 2.1. Характеристики стали 40НаименованиеКод группы материаловКоэффициент KShlКоэффициент KVMetКоэффициент XMalМодуль сдвигаМодуль упругости нормальныйОтносительное сужениеОтносительное сужениеЗначение01.02.020.910.1820002120004545Ед.изм.МПаМПа%%Относительное удлинение после разрываОтносительное удлинение после разрываПлотностьПредел прочности при растяженииПредел прочности при растяженииПредел прочности при срезе7%ПЭ~%7850830кг/мЗМПа580МПа480МПаПримечаниенормализованнаязакалка 850 гр.С.

(масло) + отпуск 200 гр.С.закалка 850 гр.С. (масло) + отпуск 200 гр.С.нормализованнаязакалка 850 гр.С. (масло) + отпуск 200 гр.С.нормализованнаяЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ61Предел текучести750МПаПредел текучестиСклонность к отпускной хрупкостиСодержание азота (N)Содержание кремния (Si)Содержание марганца (Мп)Содержание меди (Си)Содержание никеля (Ni)Содержание серы (S)Содержание углерода (С)МПаСодержание Фосфора (Р)Содержание хрома (Сг)Твердость по Бринеллю340не склонна0 - 0.0080.17-0.370.5 - 0.80-0.30-0.30 - 0.040.37 0.450 - 0.0350 - 0.25267Твердость по Бринеллю217нвТемпература ковкиТемпературный коэффициентлинейного расширенияТемпературный коэффициентлинейного расширенияТеплопроводность780-1250 град.

С0.0000126 1/град. С 20-200 град.СТеплопроводность[4Э~Удельная теплоемкость468Удельная теплоемкость481Флокеночувствительностьне чувствительнаСерыйЦветзакалка 850 гр.С. (масло) + отпуск 200 гр.С.нормализованная%%%%%%%%%нвзакалка 850 гр.С. (масло) + отпуск 200 гр.С.без термической обработки.0.0000124 1/град. С 20-100 град.С48Вт/м*градС.Вт/м*градС.Дж/кг*градС.Дж/кг*градС.100 град.С200 град.С.100 град.С200 град.С.ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ62Детали, подверженные высоким ударным нагрузкам с предъяв-2.ляемыми высокими требованиями к пластичности, а также к износостойкостипод действием высокоабразивных сред:- ударник- гиря- языкДля этих деталей оптимальным является применение стали 25Х13Н2 соследующими характеристиками:Таблица 2.2.