Курсовая работа (т): Расчет одноковшового гидравлического экскаватора

С учетом точности произведенных вычислений S_нр=S_н и S_кр=S_к параметры механизма определены правильно.

Полагая Y_к=1,174 м, найдем угол установки неподвижного звена

Принимая, вычисляем расстояние от оси опорно-поворотного устройства до оси пяты стрелы

Теоретическую длину стрелы находим как расстояние между головкой и ее пятой, совмещенной с точкой

Радиус копания на уровне оси пяты стрелы

где φ_y - угол отклонения оси рукояти от теоретической оси стрелы при втянутом штоке, принимаем согласно рекомендаций (см. расчет механизма привода рукояти, п.8.2 ).

При угле β=40°69' установки неподвижного звена стрелоподъемного механизма угол λ отклонения радиуса коромысла от теоретической оси стрелы

()

Для механизма поворота рукояти головная часть стрелы является неподвижным звеном. Поэтому геометрические параметры стрелы должны быть увязаны (скорректированы) после расчета механизма поворота рукояти.

Механизм поворота рукояти

Механизм поворота рукояти рассчитываем для фиксированного нижнего положения предельно опущенной стрелы Полный угол поворота рукояти должен составлять (см. табл. 1 ) φ_о=110…130°, принимаем φ_о=130° Угол φ_у отклонения оси рукояти от теоретической оси стрелы при втянутом штоке гидроцилиндра выбираем в пределах: φ_у=20...30°, принимаем φ_у =25°.

Ориентировочную длину  радиуса коромысла определяем по формуле, полученной на основании статистического анализа:

Расчетный ход поршня

Расстояние  от оси поворота рукояти до оси гидроцилиндра при копании на уровне горизонтали, проведенной через шарнир соединения стрелы с рукоятью,

При копании поворотом рукояти предполагается, что ковш заполняется на пути

Толщина стружки из условия равенства вместимости ковша по объему грунта, срезанному на пути ℓ_коп,

Касательная сила сопротивления грунта копанию поворотом рукояти

где k_уд - удельное сопротивление копанию, дня грунтов Ш категории следует принимать k_уд=220000…240000 Н/м²; h - толщина стружки, м.

Момент сопротивления повороту рукояти (вес соответствующего узла находим как произведение массы на ускорение свободного падения g ≈10м/с²)

Расчетный диаметр поршня находим при Z=1

По диаметру D_р и ходу S_p поршня выбираем (см. прил. 2 ) гидроцилиндр (ψ=1,65):

Д=0,09м; d=0,05м; S=1,6м; S₀=0,45м; ; S_н=1,6+0,445=2,05м; ; S_к=3,2 +0,45=3,65м.

Исходя из обеспечения равенства углов давления и длин плеч усилия для крайних положений штока определяем параметры механизма привода рукояти при γ_н=γ_к=0,5 φ₀=0,5·130˚=65˚ :

Начальный угол поворота ведомого звена

Длина неподвижного звена

Длины плеч усилий, развиваемых гидроцилиндром в крайних положениях штока:

Поскольку параметры механизма были определены из условия r_н=r_к, расчет произведен правильно.

Движущий момент от гидроцилиндра в крайних положениях поршня при номинальном давлении Р_н в поршневой полости гидроцилиндра

Угол β отклонения оси неподвижного звена от теоретической оси стрелы должен быть не меньше угла между осями теоретической оси стрелы и ее верхней части. При λ=10° находим

;

Окончательные значения углов λ и β устанавливают конструктивно исходя из рационального размещения шарниров пяты гидроцилиндров на стреле и рукояти. Для этого по полученным размерам рабочего оборудования строят в масштабе его параметрическую схему (см. рис. 1), в соответствии с которой выбирают места крепления корпуса гидроцилиндра на стреле и на рукояти и находят значения углов β и λ. Одновременно необходимо уточнить длины нижней и верхней частей стрелы и угол ее изгиба.

Механизм поворота ковша

Механизм поворота ковша включает в себя два четырехзвенных механизма, один из которых выполняется с постоянной длиной всех звеньев, а другой оснащается гидроцилиндром как ведущим звеном с переменной длиной. Такой механизм позволяет получить больший угол α поворота конечного ведомого звена (ковша) по сравнению с углом φ поворота коромысла (рычага), связанного с гидроцилиндром.

Механизм поворота ковша рассчитываем в два этапа. Сначала выбираем длины звеньев ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃, ℓ₄ из условия обеспечения необходимого угла поворота ковша относительно рукояти. Длины звеньев принимают в зависимости от радиуса ℓ₄ шарнира ковша, который пропорционален радиусу R ковша:

где к_q- коэффициент, зависящий от вместимости ковша, для II, III, IV и V размерных групп его принимают соответственно к_уд=0,32; 0,41; 0,46; 0,53.

Находим расстояние ℓ₁ между осями шарниров ковша и рычага, закрепленного на рукояти:

Длина двуплечевого рычага

Длину тяги принимаем примерно равной радиусу шарнира ковша, т.е. ℓ₃≈ℓ₄=0,61 м.

Полный угол поворота ковша (см. табл. 1 ) α₀=155...165⁰. Минимальный угол между радиусом ℓ₄ шарнира ковша и осью рукояти при втянутом штоке гидроцилиндра должен составлять α_у =65...75°. Угол между радиусами ковша и его шарнира является конструктивной характеристикой ковша и составляет δ=100°. Для расчета шестизвенного механизма поворота ковша необходимо установить значения угла φ_у установки и полного угла φ_о поворота двуплечего рычага в зависимости от принятых длины ℓ₃ тяги, минимального α_у и полного α_о углов поворота ковша. Углы φ_у и φ_о можно найти графически в произвольном масштабе двух крайних положений ковша и двуплечего рычага. Углы откладывают и измеряют непосредственно по чертежу.

Принимаем α_у=70°, α_о=160° и соответственно графически находим φ_у=61⁰, φ_о=109°. Отношение α_о/φ_о=160°/109°=1,468, т.е. ковш поворачивается на угол в 1,468 раза больше, чем двуплечий рычаг. Именно для этого и используется шестизвенный механизм для поворота ковша.

Ориентировочную длину коромысла принимаем  .

Расчетный ход поршня

Рабочий объем гидроцилиндра поворота ковша при удельном сопротивлении грунта копанию поворотом ковша k_уд=2,8∙10⁵Н/м²

Расчетный диаметр гидроцилиндра

Выбираем гидроцилиндр по расчетным значениям  и S_p: =0,125м; d=0,065м; S=1,6м; S_o=0,445м.

Наименьшая и наибольшая длины гидроцилиндра

Относительная характеристика гидроцилиндра:

Принимаем угол давления в конце копания γ_к=65˚. Тогда угол давления при полностью втянутом штоке

где

Длина радиуса коромысла

Начальный угол поворота рычага

Длина неподвижного звена

Для проверки вычислений находим наименьшую длину гидроцилиндра по расчетным значениям ρ, ℓ и φ_н:

Поскольку 2,045=2,045, параметры механизма определены правильно.

Угол установки оси неподвижного звена

Значения углов β и λ окончательно устанавливают исходя из удобства размещения шарнира пяты гидроцилиндра ковша на рукояти (см. рис. 2, 3).

Значения параметров механизмов рабочего оборудования целесообразно представить в виде табл. 3 и сравнить их с некоторыми параметрами прототипа (табл. 4 ). Расхождения вполне закономерны, но незначительны.

Таблица 3.1. Значение параметров механизмов привода

Выбор насосной установки экскаватора

По рабочему объему выбранного гидроцилиндра поворота ковша определяем необходимую подачу насоса для обеспечения потребного времени копания t_коп=6с:

В соответствии с технической характеристикой сдвоенных насосов (прил. 3 ) выбираем насос марки 223.25. Характеристика насоса: максимальный рабочий объем 2х107.10^-6 м³; давление номинальное 16 МПа, максимальное 25 МПа; потребляемая мощность 78 кВт.

Подача выбранного насоса при частоте вращения 20 об/с выбранного двигателя

По подаче насоса и давлению находим распределители, клапаны, фильтры и другие элементы гидрооборудования.

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

При расчете принимают, что гидроцилиндр рукояти (ковша) развивает постоянное активное усилие F_ц при номинальном давлении P_н в гидроприводе

Касательные усилия на режущей кромке ковша находят из равенства движущего момента от гидроцилиндра моменту внешних сил относительно оси поворота рукояти (точки B) при максимально опущенной неподвижной стреле

а при копании поворотом ковша относительно точки С при неподвижной рукояти для расчетного положения 2 (см. рис. 5.2)

,

где r_OB - радиус копания поворотом рукояти, который соответствует фиксированному положению ковша относительно рукояти.

Если кромка зубьев ковша находится на продолжений оси рукояти, то r_OB=R+ℓ_p; G_кr=G_к+G_r - вес ковша и грунта в ковше.

Длины плеч сил для соответствующего расчетного положения рукояти или ковша определяют графически по схеме, построенной в выбранном масштабе.

Касательные усилия по Р₀₁ определяют для крайних положений рукояти (ковша) и двух-четырех промежуточных положений. Результаты расчета в изобразим в виде графика зависимости  (рис. 4.3, рис.4.4).