148435 (Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора)

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 простыми 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

Рис. 1. Схема размеров базовой части одноковшового экскаватора

Из размеров, определяющих опорную поверхность гусеничной тележки (колея К, ширина башмаков гусеничной цепи b_Г и длина опорной поверхности гусениц l_Г), 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:

, м,

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

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

Из этого следует, что значение колеи будет равно:

К = 11.1 · 24.2^0.23 = 2.309 м

Окончательно примем значение К = 2.5 м

Два других размера (b_Г и l_Г) необходимо назначить, чтобы среднее давление гусениц на грунт P_ср (кПа) не превышало заданного допускаемого значения (P_ср) (кПа):

P_ср = , кПа,

где G_Э - сила тяжести экскаватора (G_Э = m_э g =242 кН); (P_ср)=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:

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

Окончательно примем b_г = 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 b_Г следует округлить до значения, кратного 50 мм.

Базу l_Г определим из формулы:

Принимаем значение l_Г = 3.83 м, по конструктивным соображениям.

Заметим, что при малых значениях базы l_Г 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 < l_Г / К< 1.7

В нашем случае условие выполняется, так как:

Определив значение l_Г и b_г определим значение P_ср, м:

Условие выполняется, так как P_ср = 39.5 (кПа) не превышает заданного допускаемого значения (P_ср) =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

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

Рис. 2. Схема размеров в узле ведущей звездочки

D_ЗВ=2(Н_О – h_ГЦ+h '_ГЦ) = 2(0.46-0.1405+0.059) = 0.757 м,

где H_О = 0.46 м - высота оси ведущей звездочки;

H_Г = 0.93 м - высота гусеницы;

t_Ц = 0.17105 м - шаг гусеничной цепи;

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

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

h_ГЗ = 0.0253 м – высота грузозацепов.

Диаметр ведущей звездочки D_3B (м) вязан с шагом цепи t_Ц (м) и числом зубьев z соотношением:

= ,

где П = 3.14, откуда выразим z:

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

Определим H_{Г min} минимальную габаритную высоту гусениц, м:

H_{Г min} = D_ЗВ + 2(h_ГЦ – h'_ГЦ) = 0.749+2*(0.1405 – 0.059) = 0.91 м

Конструктивный диаметр звездочки D_3B 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 H_Г > Н_{Г min}. Табличное значение Н_Г примем равным 0.91 м .

Определим габаритную длину L_Г гусеницы, м:

L_Г = l_Г+H_{Г min} = 3.83+0.91=4.74 м

Определим габаритную ширину В_Х гусеничного хода, м:

Bx= К+b_Г = 2.5+0.8 м

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

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

где значение коэффициента пропорциональности соответствуют массе экскаваторов т_Э = 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:

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

Таблица 3.

Принимаем диаметр D_ОПУ = 1.25 м.

Ширину поворотной платформы В_ПЛ 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 r_П и хвостовой r_ХВ частей.

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

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

Определим высоту Н_КП капота силовой установки, м:

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 В_{Э. 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 В_{Э. 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 В_{Э. ГАБ} = В_Х. Этот размер можно уменьшить за счет выбора минимального расчетного значения колеи К. При этом полученные ранее размеры В_Х и В_ПЛ подлежат корректировке. Если В_Х больше В_ПЛ (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 0,4b_Г по сравнению с габаритной шириной В_Х. 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:

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:

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