Курсовая работа (т): Расчет одноковшового гидравлического экскаватора

Расчет одноковшового гидравлического экскаватора

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Кафедра "Подъемно - транспортные, строительные, дорожные, мелиоративные машины и оборудование"

Пояснительная записка

к курсовой роботе по дисциплине "Машины для земляных работ"

на тему "Расчет одноковшового гидравлического экскаватора"

Макеевка 2010

Содержание

Введение

. Определение линейных размеров и масс узлов экскаватора

. Силовая установка. Выбор привода двигателя

. Расчет гидромеханизмов обратной лопаты

. Определение касательных усилий на режущей кромке ковша и реактивных усилий в неподвижных цилиндрах

. Определение максимальных нагрузок на рабочее оборудование обратной лопаты

. Расчет на прочность элементов рабочего оборудования

. Устойчивость экскаватора при оборудовании обратной лопатой

. Определение производительности и себестоимости разработки 1 м³ грунта

Литература

экскаватор двигатель гидромеханизм лопата

Введение

Земляные работы занимают большое место в строительстве, причем более половины объема работ выполняется одноковшовыми строительными экскаваторами.

Значение этих машин велико также и в других отраслях народного хозяйства, где их используют не только на погрузке и разгрузке различных материалов и монтаже конструкций, но и при выполнении мелиоративных, ирригационных, сельскохозяйственных, коммунальных и других работ.

От качества одноковшовых экскаваторов, от затрат на их изготовление и эксплуатацию во многом зависит и стоимость производимых ими работ.

В последние годы широкое распространение получили универсальные экскаваторы с гидравлическим приводом.

В поисках новых технических средств при создании универсальных экскаваторов в последнее время особое внимание обращено на объемные гидравлические передачи, которые позволяют осуществить разветвление и дистанционную передачу энергии, освобождают элементы машин от механических связей, создавая основу независимого изменения рабочих скоростей и регулирования рабочего процесса.

С помощью объемных гидропередач можно проще и в более широких пределах бесступенчато регулировать скорость; они не требуют для своего изготовления дефицитных материалов, позволяют без механического преобразования получить. любой вид движения (поступательное, вращательное, колебательное).

Если учесть, что объемные гидропередачи отличаются высокой перегрузочной способностью, малой инерционностью, восприимчивостью к автоматизации, то с их применением одноковшовые экскаваторы приобретают, новые технические качества, не доступные для машин с механическими трансмиссиями.

1. Определение линейных размеров и масс узлов экскаватора

По исходным параметрам, указанным в задании на проектирование, определяем остальные параметры экскаватора, используя зависимости, установленные на основании аналитических и экспериментальных исследований, статистических материалов и законов подобия [3-6].

Габаритные размеры экскаватора и рабочего оборудования

Продольная база (опорная длина гусениц), высота гусеничного хода и ширина гусеничной ленты, м:

,

;

где m =28,5 - масса экскаватора, т.

Ширину В гусеничного хода рекомендуется принимать в зависимости от продольной базы Б:

,

Радиус R_x хвостовой части поворотной платформы определяют из условия незадевания платформой отвала грунта, основание которого удалено от опорного контура машины на расстояние .

В этом случае

,

где  - просвет (зазор) между гусеницей и поворотной платформой.

Диаметр опорно-поворотного круга, м:

Радиус ковша, т.е. расстояние между осью шарнира крепления ковша к рукояти и острием среднего зуба, м:

,

где q - вместимость ковша проектируемого экскаватора, м³.

Ширина ковша, м:

 или

Длина рукояти, т.е. расстояние между осями шарниров крепления ковша к рукояти и рукояти к стреле, м:

Определение массы узлов экскаватора

Массу составляющих узлов проектируемого экскаватора известной конструкции можно ориентировочно определить исходя из геометрического подобия проектируемого и изготовленного экскаваторов:

За аналог взят одноковшовый экскаватор ЭО-3122

где - масса платформы действующего экскаватора;

- масса ходовой части действующего экскаватора;

- масса рабочего оборудования действующего экскаватора;

Массы узлов проректируемого экскаватора:

платформа

стрела

рукоять

ковш

- ходовая часть

Масса проектируемого экскаватора

.

. Силовая установка. Выбор приводного двигателя

Силовая установка гидравлического одноковшового экскаватора состоит из приводного двигателя, раздаточной коробки и спаренных гидронасосов. При включении двигателя напорная магистраль через гидрораспределители соединена со сливом и насосы работают вхолостую. Насосы через раздаточную коробку вращаются с одинаковой частотой. Подача жидкости насосами регулируется автоматически в зависимости от нагрузки с помощью регулятора мощности. При увеличении давления в напорной магистрали одного из насосов снижается подача рабочей жидкости обоими насосами одновременно. Причем на более нагруженном насосе развивается большее давление и соответственно реализуется большая мощность. Следовательно, приводная мощность автоматически сохраняется постоянной, а величина потока и давление изменяются, что вызывает, изменение рабочих усилий и скоростей.

Автоматический регулятор мощности выполнен в виде гидравлического сервопривода, к которому подается давление от напорных гидролиний обоих насосов.

Необходимую мощность силовой установки определяют по удельной энергоемкости процесса копания и заданной секундной технической производительности экскаватора.

Производительность экскаватора, м³/с:

где k_н=1,1; k_p=1,25 - коэффициент соответственно наполнения ковша и разрыхления грунта;

При разработке грунтов III-IV категории экскаваторами с ковшами вместимостью 0,25...I м³ время копания можно определять по эмпирической зависимости

Для определения мощности силовой установки по удельной энергоемкости копания используют принцип равенства мощности, развиваемой насосами и реализуемой в процесса копания, из которого следует

где k_уд - удельная энергоемкость копания, кНм/м³;

 - КПД соответственно рабочего оборудования и привода, рекомендуется принимать ;

k_y - коэффициент использования мощности насосной установки в процессе копания, рекомендуется принимать .

Поскольку в формуле не учтены затраты энергии на преодоление сил тяжести рабочего оборудования и грунта, КПД рабочего оборудования следует принимать в пределах .

На основании экспериментальных данных энергоемкость копания поворотом ковша рекомендуется принимать

.

Использование методики общего расчета экскаваторов с гидроприводом проиллюстрируем примером, исходные данные для которого указываются по мере их использования.

Исходя из этой мощности выбираем  дизельный двигатель марки АО1М мощностью 95,6 кВт при частоте вращения выходного вала 28,4 об/с.

В дальнейших расчетах проверим достаточность установленной мощности для совмещения операций, обеспечения требуемой динамика поворота и необходимых ходовых качеств экскаватора.

. Расчет гидромеханизмов обратной лопаты

Стрелоподъемный механизм

Допустимые (по параметрам опорно-поворотного и ходового устройства) значения расстояний до оси шарнира крепления корпуса гидроцилиндра к поворотной платформе

где ,  - ориентировочное расстояние соответственно от оси опорно-поворотного круга и от уровня стоянки экскаватора до оси проушины корпуса гидроцилиндра; h_пл - высота платформы, h_пл.=0,15…0,25 м, принимаем 0,2 м.

Расстояние по вертикали от уровня стоянки экскаватора до оси поворота стрелы

где  - высота выгрузки;

 - глубина копания.

Расчетные параметры гидроцилиндра, которые необходимы для его выбора по нормали, рекомендуется определять по ориентировочным значениям угла установки  и длины  неподвижного звена, полного угла поворота  стрелы и длины плеча  усилия, развиваемого на штоке гидроцилиндра.

Принимаем угол  (для отечественных и некоторых зарубежных экскаваторов β=37…45º) и определяем ориентировочную длину  неподвижного звена

Расчетный ход поршня по приближенной зависимости

Ориентируемся на близкое к вертикальному направлению (µ=90º) оси гидроцилиндра с полностью выдвинутым штоком, тогда расстояние  от оси поворота стрелы до оси гидроцилиндра, т.е. длина плеча усилия на штоке

Определяем момент от сил тяжести рабочего оборудования с груженым ковшом при условии, что приведенная к головке масса стрелы составляет

Расчетный диаметр гидроцилиндра

По диаметру D_р, и ходу поршня S_p выбираем ( прил. 2) гидроцилиндр: D=90 мм, S=1120 мм, S₀=320 мм, ψ=1,65, для которого

_H==1,44 м;

S_к==2,56 м.

При использовании в стрелоподъемных механизмах гидроцилиндров с ψ=1,65 и насосов с диапазоном регулирования n=1...2,5 для ограничения максимальных динамических нагрузок в цилиндре рекомендуются углы давления γ_н=70,6°, γ_н=74,6°.

Поскольку в дальнейших расчетах используются продольные размеры выбранного гидроцилиндра и рекомендуемые значения углов давления в крайних положениях штока, ориентировочные значения принятых ранее параметров будут уточнены, т.е. увязаны с размерами гидроцилиндра.

По параметрам выбранного гидроцилиндра и принятым значениям углов давления радиус коромысла

Полный угол поворота ведомого звена (стрелы)

Начальный угол отклонения ведомого звена

Длина неподвижного звена

Для проверки вычислений по найденным линейным параметрам ρ,ℓ и углу γ_н определим расчетную начальную и конечную длины гидроцилиндра;