Расчет экскаватора ЭО-4225А-07

Экскаватор ЭО-4225А-07 полноповоротный, универсальный строительный экскаватор на гусеничном ходу с гидравлическим объемным приводом. Он предназначен для выполнения земляных работ на грунтах I—IV категорий и предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтах с размерами кусков не более 400 мм при температуре окружающей среды от —40 до +40° С, а в тропическом исполнении до +55° С. Экскаватор применяют для разработки карьеров, рытья котлованов, траншей, каналов, погрузки грунта и сыпучих материалов. С помощью экскаватора можно рыхлить скальные породы мерзлый грунт специальным сменным органом — рыхлителем. Конструкция экскаватора предусматривает возможность использования сменного рабочего оборудования следующих видов: обратной лопаты, обратной лопаты с удлиненной рукоятью, прямой лопаты, прямой лопаты с поворотным ковшом, погрузочного оборудования, грейфера, грейфера с удлинителем, рыхлителя. В зависимости от вида выполняемой работы и характеристики разрабатываемых грунтов, экскаватор имеет ковши различных объемов 0,3—1,5 м³ .

Конструкция ходовой части экскаватора предусматривает возможность установки уширенных звеньев, что снизит давление на грунт до 0,4 кгс/м² и улучшит условия передвижения и работы экскаватора на слабых и переувлажненных грунтах.

В зависимости от условий работы на экскаваторе может работать один машинист или машинист и помощник. Состав бригады определяется климатическими и топографическими условиями, организацией обслуживания и ремонта, производственными условиями. При работе экскаватор должен быть установлен на ровной площадке, предварительно подготовленной самим экскаватором или другими средствами. Уклон рабочей площадки не должен превышать .

В гидросистеме экскаватора одной из проблем является наличие какого-то количества растворенного газа и пузырьков кислорода в рабочей жидкости. Попадая с потоком в зону более высоких давлений, пузыри схлопываются, выделяя энергию, которая разрушает поверхность рабочих агрегатов гидросистемы.

Эта энергия также создает ударные волны, вызывающие вибрацию, распространяющуюся на рабочее колесо, вал, уплотнения, подшипники, повышая их износ. Большая энергия, рассеиваемая при схлопывании пузырей вблизи поверхности обтекаемого тела, может приводить к ее повреждению. Масштабы такого явления, называемого гидравлической эрозией, могут быть разными — от точечной поверхностной эрозии после многих лет эксплуатации до катастрофического выхода из строя насосов, гидроаппаратов и т. п.

Для уменьшения разрушающего эффекта используют противоэрозионные материалы, специальные покрытия из бронзы, хрома и др.

Полностью устранить разрушительное действие путем применения стойких против коррозии материалов не представляется возможным.

Наиболее эффективным способом борьбы с пузырьками воздуха в рабочей жидкости является процесс дегазации. Достигается этот способ различными методами.

Для обзора различных методов решения этой проблемы проведем патентный поиск.

экскаватор гидросистема гусеничный строительный

1. Анализ существующих авторских свидетельств и патентов

На сегодняшний день известно множество устройств для дегазации жидкости. В гидросистеме экскаватора дегазация достигается путем изменения конструкции гидравлического бака (авторские свидетельства и патенты приведены в приложении 1).

А. С. № 1 130 365, кл. В 01 D 19/00 СССР Устройство работает следующим образом:

Жидкость поступает в емкость 1 по тангенциальному патрубку 2 и ударяется в лопасти 9 ротора, приводя во вращение пустотелый вал 5. Сетчатые лопасти 11, вращаясь в жидкости, увеличивают скорость выделения оставшейся в ней газа, размер выделяемых из жидкости пузырьков газа, а следовательно, и скорость их всплывания. Пена, поступающая в емкость 1 и образующаяся в ней, разрушается сетчатыми лопастями 10. Газ удаляют из емкости 1 через насадки 12 и отверстия 13 во внутреннюю полость вала 5 и оттуда в выходной патрубок 3. Жидкость оседает в емкости 1. Частицы жидкости, осевшие на стенку насадки, имеющую поток, противоположный направлению вращения вала, выносится с нее под действием центробежной силы обратно во внутреннюю полость емкости 1.

Недостатком данного метода является: использование центробежной силы вращающего вала может оказаться практически малозначимым при малой длине отверстия, т. е. пути прохождения жидкости из емкости сепаратора за ее пределы.

А. С. № 11 148 978, кл. В 01 D 19/00 СССР Устройство работает следующим образом:

Рабочая жидкость поступает через патрубок 2 и закручивается в направляющем аппарате 3 переменной кривизны. Отделившийся газ, приподнимая клапан 8, уходит в патрубок 4 для вывода газа, а жидкость между цилиндрическим корпусом 1 и стаканом 6 отводится в патрубок 5. При избытке газа клапан 8 перекрывает патрубок 5, а при избытке жидкости патрубок 4.

Недостатком является негерметичная посадка и запаздывание посадки клапана в седло при достаточно высоких скоростях потока жидкости.

А. С. № 11 072 871, кл. В 01 D 19/00 СССР Работа устройства осуществляется следующим образом:

Жидкость, содержащая свободный и растворенный газ, поступает через тангенциальный патрубок 2 в корпус 1, где приобретает поступательно-вращательное движение, сопровождающееся интенсивным вихреобразованием и кавитацией. На выходе из канала 3 вихри срываются, кавитационные пузырьки захлопываются и в нижней части корпуса развиваются импульсы давления, образующие звуковые волны разной частоты и интенсивности в зависимости от диаметров кавитационных пузырьков. Основная гармоника частот звуковых волн выделяется и усиливается резонатором 4, положение и размеры которого подбираются экспериментально.

Газ, выделившийся из жидкости за счет обработки акустическими колебаниями, поднимается вверх и удаляется через патрубок 8.

Из нижней части корпуса 1 жидкость через тангенциальные отверстия 5 поступает в полость между корпусом и кожухом 6. При этом она вновь обрабатывается акустическими колебаниями, возникающими в нижней части корпуса, а также акустическими колебаниями, образующимися вследствие вихреобразования в полости между корпусом и кожухом. Выделившийся в этой полости газ удаляется через патрубок 9. Обработанная жидкость через патрубок 7 поступает по назначению.

Недостатком устройства является невысокая эффективность обработки акустическими колебаниями, так как мало время пребывания жидкости в акустическом поле. Кроме того, значительная часть акустической энергии рассеивается в окружающем пространстве.

А. С. № 1 311 752, кл. B 01 D 19/00 СССР Данное устройство работает следующим образом:

Жидкость, втекая тангенциально через один из патрубков 2, преобретает вращательное движение, что приводит к снижению статического давления в жидкости. В переходной камере 4 происходит увеличение скорости вращения и осевой скорости, что приводит к дальнейшему снижению статического давления в жидкости. После прохождения камеры 4 жидкость поступает во второй тангенциальный патрубок 2. Возбуждение акустических колебаний в излучателе 5 приводит к образованию кавитационной области в фокальной зоне в камере 6. Газ, находящийся в жидкости, диффундирует в пузырьки при их расширении и удаляется через газоотводящие трубки 3.

Недостатком данного устройства является невысокая эффективность дегазации при достаточно высокой скорости потока рабочей жидкости.

На основе данных, полученных в результате проведенного анализа существующих авторских свидетельств и патентов, предлагается техническое решение.

2. Техническое решение

На основании проведенного патентного поиска предлагается новое техническое решение на рисунке 1.

Рисунок 1 — Предлагаемое техническое решение Работа устройства осуществляется следующим образом. Насос через трубку 3 всасывает рабочую жидкость из внутреннего бака 2. Уровень жидкости во внутреннем баке 2 падает, вместе с ним опускается поплавок 6, закрепленный на коромысле регулирования заслонки 8 отверстия между внутренним 2 и внешним 1 баком. Опускаясь, поплавок 6 с утяжелителем 9 поворачивают коромысло 7, тем самым открывая заслонку 8. В открывающееся отверстие рабочая жидкость из внешнего бака 1 поступает во внутренний бак 2. Образующийся перепад давления между внешним 1 и внутренним 2 баком создает разряжение в верхней полости внутреннего бака 2. Одновременно с падением уровня жидкости поплавок 5 сапуна зависает в воздухе, дыхательный клапан сапуна 4 открывает отверстие, связывающее внутренний объем с атмосферой. Через это отверстие выходят пузырьки воздуха из рабочей жидкости, вытесненные создавшимся разряжением.

Таким образом процесс дегазации регулируется заслонкой 8 отверстия между внешним 1 и внутренним баком 2. Чем больше насос качает рабочую жидкость, тем больше заслонка 8 открывает отверстие, тем больше образуется перепад давления (создается разряжение) и соответственно эффективней процесс дегазации рабочей жидкости.

3. Технико-экономическое обоснование

Применение усовершенствованного гидравлического бака должно увеличить коэффициент полезного действия гидравлического оборудования, повысить производительность экскаватора, что в свою очередь должно привести к экономической эффективности, за счет рационального расхода топлива и экономии времени. Эффективность процесса дегазации рабочей жидкости приведет к уменьшению износа агрегатов гидросистемы, увеличению их долговечности и работоспособности, что в свою очередь благоприятно скажется на обслуживании машины в экономическом плане.

4. Общий расчет экскаватора

4.1 Техническая характеристика машины

Экскаватор без рабочего оборудования (см. рис. 4):

Рис. 4. Экскаватор без рабочего оборудования.

— расстояние от оси пяты стрелы до оси вращения;

— база гусеничного ходового устройства;

— длина гусеничного ходового устройства;

— колея гусеничного ходового устройства;

— ширина гусеничной ленты с нормальным звеном;

— ширина гусеничной ленты с уширенным звеном;

— ширина поворотной платформы;

— просвет под поворотной платформой;

— высота до оси пяты стрелы;

— высота до крыши кабины;

— просвет под ходовой рамой;

— радиус вращения хвостовой части платформы;

Наибольшее тяговое усилие на гусеницах ;

Наибольшая скорость передвижения ;

Угловая скорость поворотной платформы ;

Наибольший преодолеваемый подъем ;

Давление на грунт .

Двигатель: ЯМЗ-238ГМ2

Тип: четырехтактный дизель;

Число цилиндров: 8;

Эксплуатационная мощность: ;

Угловая скорость коленчатого вала:

— номинальная ;

— минимальная .

Гидравлическая система.

Наибольшее давление в гидросистеме:

— привода рабочего оборудования ;

— привода хода

— привода поворотной платформы ;

Номинальный расход .

Электрооборудование.

Номинальное напряжение:

— в осветительной сети (постоянный ток) ;

— в сети вентилятора охладителя и отопления кабины (переменный ток) .

4.2 Рабочее оборудование

Экскаваторы ЭО-4225А-07 с рабочим оборудованием обратная лопата применяют для выемки грунта, расположенного ниже уровня стоянки экскаватора. Этот вид оборудования используют в основном для отрыва траншей под канализационные, водопроводные, теплофикационные, нефтегазовые и другие трубопроводы, а также котлованов в гражданском и промышленном строительстве и каналов.

Технические характеристики экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата (см. рис. 4):

Вместимость ковша геометрическая по ГОСТ для грунтов I-IV групп: ;

Наибольшее усилие на кромке ковша: ;

— наибольший радиус копания;

— радиус, описываемый кромкой зуба ковша;

— радиус выгрузки в транспорт при высоте выгрузки 3 м;

— наибольшая глубина копания;

— наибольшая высота выгрузки;

— длина базовой части стрелы;

— длина головной части стрелы;

— длина рукояти;

Продолжительность рабочего цикла при работе в отвал с поворотом на на грунтах IV группы при средней глубине копания: ;

Масса с нормальным звеном гусеничной ленты: .

Рис. 4. Экскаватор с рабочим оборудованием обратная лопата

4.3 Расчет усилий сопротивления копанию

Определяем радиус, описываемый при повороте ковша режущими кромками зубьев:

где

— объём ковша экскаватора;

.

Определяем кинематическую длину ковша:

;

.

Определяем ширину ковша:

;

.

Определяем расчётную толщину стружки:

где

— угловое перемещение рукояти за одну операцию копания;

;

— длина рукояти;

.

Определяем максимальное сопротивление копанию:

где

— удельное сопротивление копанию грунта IV категории, кПа;

— поправочный коэффициент (справочная величина).

.

Определяем работу, затрачиваемую на преодоление сопротивления копанию грунта:, где

— поправочный коэффициент (справочная величина).

.

4.4 Тяговый расчет гусеничной машины

Для тягового режима уравнение силового баланса имеет вид

где (3.1)

— движущая сила гусеничного движителя;

где

— крутящий момент на выходном валу силовой установки;

— передаточное число трансмиссии (см. п. 3.2.1);

— КПД трансмиссии (см. п. 3.2.2);

— радиус начальной окружности ведущего колеса движителя.

— сила сопротивления движению по прямолинейной траектории,

где

— коэффициент сопротивления движению (см. табл. 1, для уплотненного грунта);

— сила тяжести машины;

— масса машины с рабочим оборудованием.

— сила сопротивления грунта копанию;

— сила сопротивления, обусловленная движением машины на уклоне (максимальный уклон),

.

— сила инерции при неравномерном поступательном движении,

где

— коэффициент учета инерции вращающихся масс механизмов привода движителя (для гусеничных машин);

— сила сопротивления воздуха движению машины,

где

— давление ветра;

— наветренная площадь боковой части экскаватора.

Расчет давления ветра.

где

— плотность воздуха;

— скорость ветра.

.

(meteorologist.ru/davlenie-vetra.html)

— сила сопротивления при движении на повороте,

где

— коэффициент сопротивления повороту (грунт сухой дернистый суглинистый).

На транспортном режиме, когда, из уравнения (3.1) получим

.

Действительная скорость (км/ч) движения гусеничной машины:

где

0,377 — коэффициент перевода единиц измерения м, мин в км, ч ();

— коэффициент буксования, %.

Скорость движения машины при :

.

Мощность, затрачиваемая на буксование движителя:

. (3.5)

Из формулы (3.5) следует, что при, когда, вся мощность затрачивается на буксование. Наиболее эффективным на тяговом режиме работы машин для земляных работ с гусеничным ходовым оборудованием является движение при, так как в этом случае движитель развивает силу тяги, близкую к максимальной, а действительная скорость машины снижается незначительно.

Максимальное тяговое усилие на грунтах с оптимальной влажностью, развиваемое гусеничным движителем при :

где

— коэффициент сцепления движителя с грунтом (см. табл. 1, уплотненный грунт).

В результате тягового расчета определяется движущая сила и суммарное сопротивление, обусловленное взаимодействием движителя и рабочего оборудования с грунтом.

Движущая сила ;

Уравнение силового баланса:

;

Сопротивление при движении по прямолинейной траектории ():

;

Сопротивление при движении на повороте ():

;

Сопротивление при движении на подъем по прямой ():

.

Таблица 1. Коэффициенты сопротивления движению и сцепления.

4.5 Расчет устойчивости одноковшовых экскаваторов к опрокидыванию

Первый случай.

Сила тяжести ковша.

Где

— коэффициент пропорциональности для нормального ковша.

Сила тяжести грунта в ковше.

Где

— плотность грунта.

Сила тяжести рукояти.

Где — удельная масса рукояти.

Сила тяжести противовеса.

Сила тяжести стрелы.

— центр тяжести ковша.

— центр тяжести рукояти.

— центр тяжести груза.

— центр тяжести противовеса.

— коэффициент к скоростям ветра.

— коэффициент учета скорости ветра.

— аэродинамический коэффициент.

Устойчивость

условие выполняется Второй случай

Движение по косогору

— центр тяжести ковша.

— центр тяжести рукояти.

— центр тяжести груза.

— центр тяжести противовеса.

— центр тяжести стрелы.

Условие выполняется

4.6 Расчет на прочность

Определяем размеры сечения рукояти.

Назначаем размеры сечения:

д₁ = 6 мм;

д₂ = 4 мм;

B = 600(мм).

H = 570(мм).

Исходя из принятых размеров, определяем основные расчётные характеристики сечения моста крана.

Площадь сечения:

Горизонтального листа: F₁ = 0,6 •60 = 36 см²

Вертикального листа: F₂ =0,4 • 57 = 22,8 см²

Площадь сечения балки: см²

Статический момент элементов сечения относительно оси х (у основания сечения):

Верхний пояс:

Нижний пояс:

боковой пояс:

Статический момент всего сечения:

Момент инерции относительно горизонтальной оси х,

Верхний пояс:

Нижний пояс:

Вертикальный пояс:

Общий момент инерции:

Момент сопротивления сечения относительно горизонтальной оси х

Момент инерции относительно вертикальной оси y

Верхний пояс:

Нижний пояс:

Вертикальный пояс:

Общий момент инерции:

Момент сопротивления сечения относительно горизонтальной оси y

Определяем момент.

Напряжение в расчётном сечении

R = 210 МПа, [1, табл. 6.7]

г₁ = 1 — коэффициент, учитывающий ответственность рассчитываемого элемента [1, табл. 6.2]

г₂ = 0,95 — коэффициент, учитывающий отклонение в геометрических размерах конструкции, влияние коррозии и т. п. [1, табл. 6.3]

г₃ = 0,85 — коэффициент, учитывающий несовершенство расчета [1, табл. 6.5] тогда

Момент сопротивления равен, Условие выполняется.

Определяем размеры сечения стрелы.

Размеры поперечного сечения коробчатого сечения примем такими же как для рукояти.

Назначаем размеры сечения:

д₁ = 6 мм;

д₂ = 6 мм;

B = 600(мм).

H = 570(мм).

Исходя из принятых размеров, определяем основные расчётные характеристики сечения моста крана.

Площадь сечения:

Горизонтального листа: F₁ = 0,6 •60 = 36 см²

Вертикального листа: F₂ =0,6 • 57 = 34,2 см²

Площадь сечения балки: см²

Статический момент элементов сечения относительно оси х (у основания сечения):

Верхний пояс:

Нижний пояс:

боковой пояс:

Статический момент всего сечения:

Момент инерции относительно горизонтальной оси х,

Верхний пояс:

Нижний пояс:

Вертикальный пояс:

Общий момент инерции:

Момент сопротивления сечения относительно горизонтальной оси х

Момент инерции относительно вертикальной оси y

Верхний пояс:

Нижний пояс:

Вертикальный пояс:

Общий момент инерции:

Момент сопротивления сечения относительно горизонтальной оси y

Определяем момент.

Напряжение в расчётном сечении

R = 210 МПа

г₁ = 1 — коэффициент, учитывающий ответственность рассчитываемого элемента

г₂ = 0,95 — коэффициент, учитывающий отклонение в геометрических размерах конструкции, влияние коррозии и т. п. [1, табл. 6.3]

г₃ = 0,85 — коэффициент, учитывающий несовершенство расчета [1, табл. 6.5]

тогда

Момент сопротивления равен, Условие выполняется.

4.7.1 Расчет передаточного отношения трансмиссии Рис. 3.2.1. Кинематическая схема механизма передвижения экскаватора.

На рис. 3.2.1. позициями обозначены следующие элементы схемы:

1 — дизельный двигатель ЯМЗ-238ГМ2;

2 — муфта сцепления;

3 — аксиально-поршневой сдвоенный насос:

;

;

Рабочий объем ;

— передаточное отношение встроенного редуктора (см. техническое описание и инструкцию по эксплуатации);

4 — гидромотор:

Рабочий объем ;

при — номинальный крутящий момент;

5 — трехступенчатый цилиндрический редуктор;

6 — первая ступень редуктора;

7 — вторая ступень редуктора;

8 — третья ступень редуктора;

9 — ведущее колесо экскаватора.

Передаточное отношение трансмиссии находится по формуле

где

— передаточное отношение трехступенчатого цилиндрического редуктора;

— передаточное отношение гидропривода.

где

— рабочий объем гидромотора;

— рабочий объем гидронасоса.

где

— передаточное отношение первой ступени;

— передаточное отношение второй ступени;

— передаточное отношение третьей ступени.

Для определения передаточного отношения ступеней воспользуемся чертежом редуктора (рис. 17 и рис. 18 из паспорта). Измерим размеры колес и шестерен по делительным диаметрам, получим (см. рис. 3.2.2):

;

;

;

;

;

.

Находим передаточные отношения.

;

Рис. 4.7.2. Размеры зубчатых колес и шестерен трехступенчатого редуктора.

;

.

По стандартному ряду передаточных отношений (ГОСТ 2185−66) имеем:

;; .

Передаточное отношение редуктора:

.

Общее передаточное отношение трансмиссии:

.

3.4.2 Расчет КПД трансмиссии.

КПД трансмиссии равен

где

— КПД муфты. Значение принимаем, используя знания курса лекций по предмету «Детали машин»;

— КПД встроенного редуктора аксиально-поршневого насоса (значение КПД для зубчатых передач в закрытом корпусе, С. А. Чернавский «Курсовое проектирование деталей машин»);

— КПД гидронасоса (gidravl.narod.ru/pril5.html);

— КПД гидромотора (gidravl.narod.ru/pril5.html);

— КПД гидросистемы (Т.М. Башта «Машиностроительная гидравлика»);

— КПД трехступенчатого редуктора.

Находим КПД трансмиссии:

.

4.8 Производительность экскаватора.

Расчетом определяют теоретическую (конструктивную) производительность эакскаватора при непрерывной его работе при следующих расчетных условиях: режим копания — поворотом рукояти, заполнение ковша грунтом при, поворот на выгрузку и возврат в забой с угловым перемещением 90° в каждом направлении, разгрузка в отвал, все вспомогательные перемещения совмещаются с основными.

Продолжительность рабочего цикла определяется суммой:

где

— продолжительность копания, с;

— продолжительность поворота платформы на выгрузку грунта, с;

— продолжительность поворота платформы обратно в забой, с;

— продолжительность опускания рабочего оборудования от уровня стоянки экскаватора на исходную позицию следующего рабочего цикла, с.

Определяем теоретическую производительность экскаватора:

где

— вместимость ковша;

— продолжительность рабочего цикла (справочная величина, см. технические характеристики машины).

Определяем техническую производительность:

где

— число рабочих циклов за 1 мин;

— коэффициент наполнения ковша;

— коэффициент разрыхления грунта.

Коэффициенты взяты из справочной литературы (см.

список литературы

п. 4).

Определяем эксплуатационную производительность:

где

— коэффициент использования машины в течение смены.

5. Расчет гидравлического привода

5.1 Предварительный расчет гидравлического привода

Целью предварительного расчета гидравлического привода является определение номинальных значений давления и расхода рабочей жидкости в приводе, типоразмеров и номенклатуры гидравлического оборудования.

Исходными данными для данного расчета являются: величины нагрузок на рассматриваемых рабочих органах приводимых гидравлическим приводом.

Величины нагрузок на рассматриваемых рабочих органах

=465 Н;

=2570 Н;

=0,86 м;

=6.

Автогрейдер работает на открытой местности при температуре окружающей среды Т= - 20 °C.

5.1.1 Выбор номинального давления

Значение номинального давления выбирается исходя из технической характеристики гидрооборудования = 25 МПа.

5.1.2 Выбор рабочей жидкости

Рабочая жидкость в гидравлическом приводе служит для передачи энергии от насоса к выходному звену гидродвигателя. Это ее основная функция. Кроме этого, она выполняет еще ряд важных функций, определяющих эксплуатационные свойства и технико-экономические показатели гидравлического привода. К этим функциям относится смазка и охлаждение деталей, работающих в условиях трения, удаление продуктов износа из зон трения и защита от коррозии.

Выбираем гидравлическое масло ВМГЗ ТУ 0253−001−7821−2002. Всесезонные масла, предназначенные для систем гидропривода и гидроуправления строительных, дорожных, лесозаготовительных, подъемно-транспортных и других машин, работающих на открытом воздухе. Производятся на высокоочищенной маловязкой минеральной основе, содержат эффективные пакеты присадок, обеспечивающие необходимые вязкостные, окислительные, противоизносные, антикоррозийные, низкотемпературные и антипенные свойства.

Масло Sibi Motor ВМГЗ ПАО содержит синтетический компонент, что обеспечивает лучшие эксплуатационные характеристики в сравнении с аналогичными маслами других производителей. В процессе работы масла практически исключено падение его вязкости за счет деструкции загущающих присадок. Масло Sibi Motor ВМГЗ обеспечивает надежную эксплуатацию гидравлических машин в климатических условиях России (от -25 до +50°С, в зависимости от типа гидронасоса).

В состав масла ВМГЗ входят глубокоочищенная низко застывающая дистиллятная фракция из перспективных сернистых нефтей с композицией присадок, обеспечивающих необходимые вязкостные, антиокислительные, противоизносные, антикоррозионные, низкотемпературные и антипенные свойства. Это масло совместимо с резинотехническими изделиями, входящими в комплект гидравлического оборудования, и не токсично.

Срок эксплуатации без замены составляет 3500 — 4000 часов работы.

Таблица 2 — типичные характеристики жидкости

5.1.3 Определение параметров гидравлического оборудования

Рабочий объем гидромотора.

(4.4.4.1)

где — рабочий объем гидромотора, ;

— крутящий момент на валу гидромотора, Н;

— перепад давлений при установившимся движении на гидромоторе, МПа;

— гидромеханический КПД гидромотора.

= (0,8- 0,9), (4.4.4.2)

где — номинальное давление в гидросистеме, МПа.

.

Выбираем гидромотор МР1100 с рабочим объемом =1126 см³ с частотой вращения n=280 об/мин.

5.1.5 Расчет расхода рабочей жидкости

Для обеспечения заданной скорости движения выходных звеньев гидродвигателей в рабочие полости гидродвигателей необходимо подать соответствующий расход рабочей жидкости.

(4.4.5.1)

где — расход рабочей жидкости л/мин;

— частота вращения вала гидромотора об/мин;

— коэффициент использования расхода выбранного типа гидромотора при номинальных условиях (объемный КПД гидромотора).

.

5.1.6 Определение параметров насоса

Основным требованием при выборе насоса является обеспечение максимального давления и расхода рабочей жидкости и соответствия параметров работы насоса в рассматриваемом приводе его технической характеристики.

(4.4.6.1)

где — расчетная величина номинального давления, МПа.

=21МПа,

(4.4.6.2)

где — подача рабочей жидкости насоса, л/мин;

— число одновременно включенных гидродвигателей.

; (4.4.6.3)

где — рабочий объем насоса см /о6;

— подача насоса, л/мин;

— объемный КПД насоса.

.

Выбираем регулируемый насос типа МР 7,1/20 с рабочим объемом =7100 см³; с частотой вращения n=36 об/мин.

5.1.7 Определение параметров трубопроводов гидрораспределителя

Основным требованием при выборе параметров гидравлического оборудования (устройств управления потоком рабочей жидкости, гидролиний, кондиционеров, вспомогательной и измерительной гидравлической аппаратуры) являются:

1 Обеспечение надежной работы гидравлического привода в течении установленного срока службы;

2 Соответствие параметров работы каждого гидроэлемента в гидросистеме его техническим характеристикам.

К гидролиниям относятся трубопроводы и каналы для подвода и отвода рабочей жидкости (напорные, исполнительные, сливные, всасывающие, управляющие, дренажные). Основными параметрами для трубопроводов являются диаметр условного прохода и номинальное давление .

Диаметр условного прохода выбирается в зависимости от назначения трубопровода.

(4.4.7.1)

где — внутренний диаметр трубопровода, м;

— расход рабочей жидкости на рассматриваемом участке, ;

— максимально допустимая скорость течения жидкости, м/с.

Ориентировочные значения максимальных скоростей течения рабочей жидкости в трубопроводах, в зависимости от их назначения, следующие:

во всасывающей — 1, 2 ;

в сливной — 2 ;

в напорной при давлении 25 МПа — 6.

.

К устройствам управления потоком рабочей жидкости относятся направляющие гидроаппараты, например гидрораспределитель.

Выбираем секционный гидрораспределитель с условным проходом =32 мм, и номинальным давлением 25 МПа, состоящего из напорной секции 20, шести рабочих секций 01, одной рабочей секции 05.1 и сливной секции 30.

Гидрораспределитель Р32.25−20−6*0.1−05.1−30 ОСТ 22−829−74.

5.2 Поверочный расчет гидравлического привода

Целью поверочного расчета является уточнение основных параметров и характеристик гидравлического привода и проверка соответствия параметров выбранного гидравлического оборудования требуемым для нормального функционирования машины.

5.2.1 Расчет расхода рабочей жидкости

Подача насоса Максимальное (номинальное) значение подачи рабочей жидкости для выбранного насоса определяется зависимостью:

(4.5.1.1)

где — максимальная (номинальная) подача рабочей жидкости, ;

— рабочий объем насоса, ;

— частота вращения насоса, ;

— коэффициент подачи насоса (объемный КПД насоса).

(4.5.1.2)

где — перепад давления на гидромоторе, МПа;

— гидромеханический КПД гидромотора;

.

Расход жидкости на входе в гидромотор

Расход жидкости на выходе гидромотора

; (4.5.1.3)

где — расход жидкости на выходе гидромотора, ;

— расход насоса, ;

— объемный КПД гидромотора;

5.2.2 Расчет потерь давления

Потери давления в трубопроводах обусловлены сопротивлением вязкого трения и величина их зависит от режима течения жидкости, определяемого числом Рейнольдса:

(4.5.2.1)

где — число Рейнольдса;

— средняя скорость потока жидкости, м/с;

— внутренний диаметр трубопровода, м;

— вязкость жидкости, 10^-6 .

(4.5.2.2)

где — средняя скорость потока жидкости, м/с;

— расход жидкости на рассматриваемом участке, ;

— площадь поперечного сечения трубопровода, м²;

(4.5.2.3)

где — диаметр рассматриваемого участка трубопровода.

(4.5.2.4)

где — потери давления в гидравлическом приводе, МПа;

— суммарные потери давления в трубопроводах, МПа;

— суммарные потери давления в местных сопротивлениях, МПа;

— суммарные потери давления в элементах привода, МПа.

. (4.5.2.5)

Расчет потерь давления во всасывающем трубопроводе

(4.5.2.6)

где — потери давления во всасывающем трубопроводе, Па;

— коэффициент потерь давления по длине трубопровода;

— длина трубопровода, м;

— внутренний диаметр трубопровода, м;

— средняя скорость потока жидкости, м/с;

— плотность рабочей жидкости, ;

.

Так как, 2300, значит режим течения ламинарный;

.

Расчет потерь давления в напорном трубопроводе

где — потери давления в напорном трубопроводе, Па;

Так как, значит режим течения ламинарный.

.

Расчет потерь давления в сливном трубопроводе

где — потери давления в сливном трубопроводе;

Так как, значит режим течения ламинарный.

.

По формуле рассчитываем суммарные потери давления в гидравлическом приводе:

.

Расчет потерь давления в местных сопротивлениях

где — потери давлений в местных сопротивлениях напорного трубопровода, Па;

— потери давлений в местных сопротивлениях сливного трубопровода, Па;

(4.5.2.7)

(4.5.2.8)

где — коэффициенты местных сопротивлений в напорном и сливном трубопроводах соответственно;

— поправочные коэффициенты, учитывающие влияние вязкости жидкости на местные потери давления в напорном и сливном трубопроводах соответственно;

— скорости потоков жидкости в напорном и сливном трубопроводах соответственно, м/с;

— плотность жидкости, .

.

Расчет потерь давления в элементах гидравлического привода

где — перепад давлений на гидрораспределителе МПа;

— перепад давлений на фильтре МПа.

Гидрораспределитель Р32.25−20−6*01−05.1−30 ОСТ 22−829−74. Перепад давления на гидрораспределителе =0,75 МПа;

Фильтр 1.1.32−25

Перепад давления на фильтре =0,35МПа.

=0,75+0,35=1,1,

5.2.3 Расчет усилий гидромотора

(4.5.3.1)

где — фактический максимальный момент на валу гидромотора, кгс м;

— номинальное давление в гидросистеме, МПа;

— перепад давлений, МПа;

5.2.4 Расчет КПД гидравлического привода

(4.5.4.1)

где — общий КПД гидравлического привода;

— гидравлический КПД;

— гидромеханический КПД;

— объемный КПД;

(4.5.4.2)

(4.5.4.3)

(4.5.4.4)

где — гидромеханический КПД насоса, гидрораспределителя, гидромотора соответственно;

— объемный КПД насоса, гидрораспределителя, гидромотора соответственно.

.

Таблица 3 — Значения КПД гидравлического привода

6 Экономический расчет

6.1 Расчет комплексного показателя технического уровня

Технический уровень проектируемой техники необходимо оценивать с учетом всей совокупности параметров изделия, рассчитав комплексный показатель технического уровня (КПТУ):

(5.1.1)

где — коэффициент весомости (значимости) i-го параметра анализируемой машины;

— количество показателей качества, выбранных для анализа исследуемой техники;

— относительные единичные показатели качества.

Расчет относительных единичных показателей качества.

Относительные единичные показатели качества рассчитываются по формулам:

(5.1.2)

или

(5.1.3)

где, -абсолютные значения i-го показателя качества соответственно базовой и новой техники.

Для расчета выбирают формулу, при использовании которой увеличение относительного показателя соответствует повышению качества изделия.

Таблица 4 — Качественная матрица смежности

Все показатели X заменяют соответственно параметры техники, выбранные для расчета: срок службы, время между капитальным ремонтом, эргономика, производительность, вес оборудования, рабочая скорость, мощность двигателя.

Знак «<» указывает на то, что данный параметр важнее в сравни другим.

Знак «>» наоборот. О равнозначности свидетельствует знак «=».

Таблица 5 — Количественная матрица смежности

При расчете каждая строка в матрице умножается на вектор-столбец .

Нормированные значения коэффициентов весомости получены делением

на .

=,

.

Полученные результаты заносим в таблицу — 7.1.3.

Значение КПТУ для базовой модели принимается равным 1.

Таблица 6 — Расчет КПТУ

.

Значение комплексного показателя технического уровня базовой модели принимается равным 1. По результатам расчетов, комплексный показатель технического уровня модернизируемой модели автогрейдера тяжелого типа равен 1,25 (см. Таблица 7.1.3), следовательно новая конструкция превосходит базовую в 1,25 раз по совокупности показателей.

6.2 Расчет цены предлагаемой конструкции

Цена конструкции может быть определена по формуле:

(5.2.1)

где Ц_н, Ц_б — соответственно цены новой и базовой модели, руб.;

В_н = 48, вес нового оборудования, кг;

К_у.с. — коэффициент удельной стоимости, руб./кг.

К_у.с. определим по формуле:

(5.2.2)

где Ц_б = 16 000 руб. (цена гидравлического бака на ЭО 4225А-07);

В_б = 50, вес базового оборудования, кг.

Исходя из этих данных, найдем, а затем и цену проектируемого оборудования:

руб./кг,

руб, Цена приобретения представляет собой первоначальную стоимость изделия:

Ц_пр = Ц_б+Ц_н + К_тр+ К_м1 + К_м2 + К_м3 + К_с , (4.5.3)

где Ц_н = 15 360 руб. — цена нового изделия;

К_м1, К_м2 — затраты на монтаж частей, р;

К_м3 — затраты на сдачу оборудования Гостехнадзору, р;

К_тр — транспортные затраты, р;

К_с — заводские складские расходы, р;

(К_м1 + К_м2 + К_м3) = 1536 р. — 10% от цены нового изделия;

К_тр = 614,4 р. — 4% от цены нового изделия;

К_с = 153,6 р. — 1% от цены нового изделия с учетом транспортных расходов.

Подставляя имеющиеся данные в исходную формулу получим:

Ц_пр =16 000+ 15 360+ 1536+ 614,4 + 153,6 = 33 664 руб.

Цена потребления — это затраты потребителя за год эксплуатации нового изделия:

Ц_потр = Ц_пр + Э_го· Т_сл, (5.2.4)

где Ц_пр = 33 664 руб. — цена приобретения изделия;

Э_го — годовые эксплуатационные издержки потребителя, руб.;

Т_сл — полезный срок службы, лет.

Ц_потр = Ц_пр/Т_сл + Э_го (5.2.5)

Расчет годовых эксплуатационных издержек следует осуществлять по следующей формуле:

Э_го = З_пл + З_то + З_тр + З_кр + З_т + З_мат (5.2.6)

где З_пл — расходы потребителя по оплате труда персонала;

З_то — затраты потребителя на текущее обслуживание техники;

З_тр — затраты потребителя на текущий ремонт;

З_кр — затраты на капитальный ремонт эксплуатируемой техники;

З_эл — затраты на электроэнергию и др. типы топлива;

З_мат — расходы на вспомогательные материалы.

Расчет затрат по оплате труда производится по формуле:

З_пл = З_ос + З_доп , (5.2.7)

где З_доп — дополнительная зар. пл. = 10% от основной;

З_ос — основная заработная плата.

Основная заработная плата рассчитывается по формуле:

З_ос = t_с· F_эф·(R_р.р.+ R_п)· n, (5.2.8)

где t_с = 13,25 руб. — часовая тарифная ставка оператора 6 разряда;

F_эф — годовой эффективный фонд рабочего времени;

Расчет годового эффективного фонда рабочего времени рассчитывается из следующих соображений:

Необходимость в использовании данного вида техники возникает на протяжении девяти месяцев (март — ноябрь). В марте 21 рабочих дней, в апреле — 22, в мае — 23, в июне — 20, в июле — 23, в августе — 22, в сентябре — 21, в октябре — 23, в ноябре — 21. Итого рабочих дней — 196. При 8 часовом рабочем дне получаем годовой эффективный фонд рабочего времени — F_эф = 1568 часов.

R_р.р. = 1,3 — районный коэффициент;

R_п = 1,25 — премиальный коэффициент;

n = 1 — число рабочих.

Таким образом:

З_ос = 13,25· 1568 · (1,3+1,25)·1 = 52 978 руб.

З_пл = 52 978 + 5297,8= 58 275,8 руб.

Расчет затрат на техническое обслуживание определяется по формуле:

З_то = К_з· С_т + К_ц· С_т , (5.2.9)

где К_з = 1,3 — коэффициент, учитывающий размер доплат по районному регулированию (30%), дополнительной зар. пл.(10%-12%);

К_ц = 0,9 — коэффициент, учитывающий цеховые расходы;

С_т — стоимость ТО техники;

С_т = S_то· С_с, (5.2.10)

где S_то = 45 — суммарная трудоемкость технического обслуживания, ч;

С_с = 85 — средняя стоимость одного чел/ч по техническому обслуживанию, руб./ч.

Подставляя имеющиеся значения в исходные формулы, получим:

С_т = 45· 85 = 3825 руб,

З_то = 1,5· 3825 + 0,9· 3825 = 9180 руб.

Расходы на текущий ремонт могут быть определены по формулам:

З_тр = К_з· С_тр + К_ц· С_тр + К_др· С_тр ,

где К_з = 1,5;

К_ц = 0,9;

К_др = 0,5 — коэффициент, учитывающий долю расхода материалов в стоимости текущего ремонта техники;

С_тр — стоимость текущего ремонта.

С_тр = S_тр · С_тр ,

где S_тр = 45 — суммарная трудоемкость текущего ремонта, ч;

С_тр = 85 — стоимость одного чел/ч по текущему ремонту, руб./ч;

С_тр = 45· 85 = 3825 руб,

З_тр = 1,5· 3825+ 0,9· 3825+ 0,5· 3825= 11 092,5 руб.

Затрата на капитальный ремонт в расчете на год работы техники определяется по формуле:

З_кр = С + С_м,

где С — затраты на один капитальный ремонт, руб;

С_м — стоимость запасных частей, металла, необходимых на замену изношенных деталей техники (45% от С), руб.

Стоимость работ по капитальному ремонту (укрупненно):

С = К_з· С_р + К_ц· С_р + К_др · С_р ,

где С_р — стоимость капитального ремонта, руб.

С_р = S_кр · С_кр ,

где S_кр = 36 — трудоемкость капитального ремонта, ч;

С_кр = 85 — средняя стоимость одного чел/ч, руб/ч.

С_р = 36· 85 = 3060 руб,

С = 1,5· 3060 + 0,9· 3060 + 0,5· 3060 =8874 руб,

З_кр = 8874 + 3825=12 699 руб,

Техника, в зависимости от ее вида может потреблять различные виды топлива. При потреблении топлива затраты могут быть определены по формуле:

(5.2.11)

где — затраты на потребляемую энергию, руб;

— годовой расход энергии, кг;

= 25.9 — стоимость 1л дизельного топлива, руб/кг.

(5.2.12)

где — расход топлива, ;

.

Расход вспомогательных материалов

З_мат = 0,15· З_т = 0,15· = 61 857 руб.

Сложив все затраты найдем годовые эксплуатационные затраты:

Э_го = З_пл + З_то + З_тр + З_кр + З_т + З_мат =

58 275,8 + 9180+ 11 095,5 + 12 699 + +61 857 = 565 491,3 руб.

Цена потребления:

Ц_потр = (Ц_пр/Т_сл) + Э_го = (33 664/5) + 565 491,3 = 572 224 руб.

Амортизационные отчисления составят 20% от цены новой снегоуборочной машины = 3072 руб.

6.3 Расчет интегрального показателя качества

(5.3.1)

где — цена потребления

где — интегральный показатель качества для проектируемого изделия.

где — интегральный показатель качества для базового изделия.

7. Безопасность и экологичность проекта

Научно-технический прогресс в области машиностроения направлен на улучшение технико-экономических показателей вновь создаваемых и модернизируемых машин, главным образом в повышении их мощности, энергонасыщенности, производительности надежности, долговечности.

Создание и внедрение в эксплуатацию машин, обладающих повышенной мощностью, скоростью, энергонасыщенностью неуклонно ведут к повышению таких факторов, как шум и вибрация, которые неблагоприятно влияют на здоровье и работу операторов (машинистов) машин. Кроме, повышенного шума и вибрации, операторы машин работают в условиях запыленности, загазованности воздуха, несоответствия параметров микроклимата в кабинах санитарным нормам.

Безопасность при работе всех подъемно-транспортных, строительно-дорожных машины и тракторов в настоящее время обеспечивается различными нормативными документами: СНиП Ш-4−80. Техника безопасности в строительстве; ГОСТ 12.3.033−84 ССБТ. Строительные машины. Общие требования безопасности при эксплуатации; ГОСТ 12.1.005−88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны; ГОСТ 21 753–76. Система «человек-машина». Рычаги управления. Общие эргономические требования; СН 3044−84. Санитарные нормы вибрации рабочих мест и многие другие.

Проектируемая машина — экскаватор ЭО-4225А-07 с модернизированным гидравлическим баком. Унификация данной машины направлена на снижение износа деталей, агрегатов и узлов гидросистемы и увеличении эффективности рабочего процесса. Проектируемое оборудование — гидравлический двойной бак, внешний корпус которого выполнен в виде короба, внутренний корпус в виде цилиндра переходящего в форму короба. Модифицированный бак предназначен для более эффективной дегазации рабочей жидкости.

7.1 Требования безопасности перед началом работы экскаватора

Перед началом работы машинист обязан:

а) предъявить руководителю удостоверение на право управления экскаватором и пройти инструктаж на рабочем месте с учетом специфики выполняемых работ;

б) надеть спецодежду, спецобувь установленного образца;

в) получить задание на выполнение работы у бригадира или руководителя и вместе с ним осмотреть месторасположение подземных сооружений и коммуникаций, которые должны быть обозначены флажками или вешками.

После получения задания машинист обязан:

а) произвести ежесменное техническое обслуживание согласно инструкции по эксплуатации экскаватора;

б) перед запуском двигателя убрать все посторонние предметы на платформе машины и убедиться в отсутствии их на вращающихся деталях двигателя;

в) после запуска двигателя опробовать работу механизмов на холостом ходу;

г) перед установкой экскаватора на место работы убедиться, что грунт спланирован, экскаватор расположен за пределами призмы обрушения, имеется достаточное место для маневрирования, уклон местности не превышает допустимый по паспорту экскаватора.

Машинист не должен приступать к работе при следующих нарушениях требований безопасности:

а) неисправности механизмов, а также дефектах металлоконструкций, канатов гидросистемы экскаватора, при которых согласно требованиям инструкции завода-изготовителя запрещается его эксплуатация;

б) несоответствии места работы экскаватора требованиям безопасности;

в) наличии в зоне работы экскаватора посторонних людей. Обнаруженные нарушения требований безопасности должны быть устранены собственными силами, а при невозможности сделать это машинист обязан сообщить о них лицу, ответственному за техническое состояние экскаватора, и руководителю работ.

7.2 Требования безопасности во время работы

Перед началом маневрирования в процессе работы экскаватора машинист обязан убедиться в отсутствии людей в опасной зоне работающего экскаватора, определяемой длиной стрелы и вытянутой рукояти (длиной стрелы и подвеской ковша драглайна).

Во время работы машинисту экскаватора запрещается:

а) производить поворот платформы, если ковш не извлечен из грунта;

б) планировать грунт, очищать площадку боковым движением рукояти;

в) очищать, смазывать, регулировать, ремонтировать экскаватор при поднятом ковше;

г) производить какие-либо работы при нахождении людей между забоем и экскаватором;

д) покидать рабочее место при поднятом ковше.

Выполнять работы экскаватором в охранной зоне подземных коммуникаций допускается только при наличии письменного разрешения владельца этих коммуникаций и под непосредственным надзором руководителя работ, а в охранной зоне газопроводов или кабелей, находящихся под электрическим напряжением, кроме того, под наблюдением работников газового или электрического хозяйства. Выполнять работы в охранной зоне воздушной линии электропередачи допускается при наличии письменного разрешения владельца линии электропередачи, наряда-допуска, определяющего безопасные условия работы, и под надзором руководителя работ.

Работы на участках с патогенным заражением почвы (свалках, скотомогильниках, кладбищах) допускается выполнять при наличии разрешения органов государственного санитарного надзора.

При рыхлении грунта взрывным способом на время выполнения взрывных работ машинист обязан удалить экскаватор от места взрывных работ на расстояние, указанное руководителем работ, но не менее чем на 50 м.