Общий расчёт одноковшового экскаватора ЭО-3131

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине: «Проектирование машин»

на тему: «Общий расчёт одноковшового экскаватора ЭО-3131»

Выполнил: студент гр. 8−50−10 Жексенгалиев Д.К.

Проверил: преподаватель Жуманов М.А.

Алматы 2015 г.

Содержание Введение

1. Техническая характеристика машины

2. Рабочее оборудование

3. Общий расчет экскаватора

3.1 Расчет усилий резания грунта и перемещения грунта

3.2 Тяговый расчет гусеничной машины

4. Производительность экскаватора

5. Гидросистема управления навесным оборудованием

6. Гидроцилиндр

7. Расчет гидроцилиндра

8. Список литературы

Введение

Экскаватор ЭО-3131 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.

Технологические возможности гидравлического экскаватора ЭО-3131 с «жесткой» подвеской рабочего оборудования значительно шире технологических возможностей экскаватора Э-652Б с «гибкой» подвеской рабочего оборудования.

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 .

1. Техническая характеристика машины Экскаватор без рабочего оборудования (см. рис. 1):

Рис. 1. 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.

Тип: четырехтактный дизель;

Модель: A-0 IM, A-0 IMC;

Число цилиндров: 6;

Эксплуатационная мощность: ;

Угловая скорость коленчатого вала:

— номинальная ;

— минимальная .

Гидравлическая система.

Наибольшее давление в гидросистеме:

— привода рабочего оборудования и хода ;

— привода поворотной платформы ;

Номинальный расход .

Электрооборудование.

Номинальное напряжение:

— в осветительной сети (постоянный ток) ;

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

2. Рабочее оборудование Экскаваторы ЭО-4121 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. При использовании рабочего оборудования обратная лопата на экскаваторе ЭО-4121 в сравнении с экскаватором Э-652Б:

— увеличивается заполнение ковша при копании на большей глубине реализацией больших усилий копания и производительности экскаватора;

— достигается возможность копания посредством только поворота ковша при неподвижной относительно стрелы рукояти, что позволяет выполнять работы в стеснённых условиях, в непосредственной близости от подземных коммуникаций, где обычно использовали ручной труд;

— увеличиваются глубина и радиус копания применением удлинённой рукояти.

При модернизации экскаватора в рабочем оборудовании обратная лопата разработаны и введены: ковш увеличенного объема (1,25 м3) для слабых грунтов; узкий ковш (0,3 м3) для специальных работ, преимущественно для траншей под кабели; моноблочная стрела и рукоять с увеличенным углом поворота, они обеспечивают без разборки транспортный габарит экскаватора 3,15 м. Уменьшен транспортный габарит экскаватора с универсальной (составной) стрелой до 3,38 м путем монтажа рабочего оборудования.

Технические характеристики экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата (см. рис. 2):

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. 2. Экскаватор с рабочим оборудованием обратная лопата.

3. Общий расчет экскаватора

3.1 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).

.

3.2 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.

3.2.1 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 А-0 IM;

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. 3.2.2. Размеры зубчатых колес и шестерен трехступенчатого редуктора.

;

.

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

;

;

.

Передаточное отношение редуктора:

.

Общее передаточное отношение трансмиссии:

.

3.2.2 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. 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. Гидросистема управления навесным оборудованием Рабочая жидкость из гидробака (рис. 3) насосом 47 (секциями, А и В) подается к гидрораспределителям 9 и 35.

При нейтральном положении золотников гидрораспределителей напорные магистрали соединены со сливом, а полости гидроцилиндров заперты. В этом случае насос 47 работает на слив.

От секции, А насоса рабочая жидкость поступает в трехсекционный гидрораспределитель 9. Золотник секции 8 управляет левым гидромотором 17 механизма передвижения, золотник секции 7 — гидромотором 17 механизма поворота платформы. Золотник 6 управляет гидроцилиндром рукояти 26 обратной лопаты.

От секции насоса В рабочая жидкость поступает в четырехсекционный гидрораспределитель 35. Золотник 30 управляет гидроцилиндрами 24 стрелы.

Золотник 32 управляет гидроцилиндром рукояти 26 обратной лопаты.

Золотник 34 управляет гидромотором 17 механизма передвижения правой гусеницы.

Для совмещения двух рабочих операций — подъема с поворотом рукояти или ковша (по последовательной схеме) между рабочими секциями с золотниками 30 и 32 установлена промежуточная секция 31. При совмещении указанных операций рабочая жидкость, сливающаяся из штоковых полостей гидроцилиндров стрелы 24, поступает в гидроцилиндр рукояти 26 или гидроцилиндр ковша 25.

Рис. 3. Схема гидравлическая принципиальная.

Если золотники гидрораспределителя 9 не включены, потоки рабочей жидкости, поступающей от обеих секций насоса 47, объединяются за обратным клапаном 5 и подаются в гидрораспределитель 35. При этом рабочие движения осуществляются с удвоенной скоростью.

Предохранительные клапаны 10 напорных секций гидрораспределителей, отрегулированные на давление 25 МПа (250 кгс· см2), предотвращают перегрузку насоса 47.

Перепускные клапаны 11, установленные на рабочих секциях с золотниками 7, 8 и 34, управляющие ходом и поворотом платформы, разгружают гидромоторы от пиковых давлений при торможении или разгоне. Клапаны механизма передвижения настроены на давление 25 МПа (250 кгс· см2), а клапаны механизма поворота — на 16 МПа (160 кгс· см2) и запломбированы.

Предохранительные клапаны 29 разгружают полости гидроцилиндров, трубопроводы и гидрораспределители от чрезмерных реактивных давлений, возникающих при копании: один клапан предохраняет штоковую полость гидроцилиндров 24 при оборудовании обратная лопата; другой — поршневую полость гидроцилиндра рукояти 26 при оборудовании обратная лопата.

Обратные клапаны 13 предназначены для восполнения утечек рабочей жидкости из полостей гидроцилиндров при срабатывании предохранительных клапанов 29, а также из полостей гидромоторов 17 при срабатывании перепускных клапанов 11.

Обратные клапаны 13 установлены на трубопроводах, соединяющих рабочие секции гидрораспределителей с соответствующими полостями гидроцилиндров и гидромоторов, и шлангами соединены со сливной линией.

Обратный клапан 5 исключает возможность движения рабочей жидкости от секции В насоса к гидрораспределителю 9. Рабочая жидкость из гидрораспределителей поступает в сливную гидролинию. В сливной линии установлены фильтры 41 для очистки рабочей жидкости и калорифер 43 для охлаждения рабочей жидкости потоком воздуха, создаваемым вентилятором.

Клапан 42, установленный в гидросистеме параллельно калориферу 43 перед фильтрами 41, предотвращает значительное повышение давления в сливной магистрали, возникающее от сопротивления калорифера при низкой температуре рабочей жидкости.

Для управления тормозами механизма передвижения и механизма поворота, а также откачки рабочей жидкости из гидросистемы при ремонтах и техническом обслуживании экскаватора, служит вспомогательная гидросистема, для питания которой использован шестеренчатый насос 1, установленный на двигателе.

Краны гидрораспределителей 12 служат для включения гидроразмыкателей 16 тормозов хода и поворота.

Гидроклапан 2 предназначен для предохранения насоса 1 от перегрузки.

Для механизированной заправки гидросистемы рабочей жидкостью служит шестеренный насос 38, установленный на двигателе.

При заправке рабочая жидкость очищается фильтром 37.

Контроль состояния гидросистемы и настройка предохранительной аппаратуры осуществляются по показаниям манометров 4, 36 и 44, включаемых реле 3 и 46.

6. Гидроцилиндр Гидроцилиндры предназначены для осуществления рабочих движений стрелы, рукояти, ковша. Все гидроцилиндры, за исключением гидроцилиндра открывания днища ковша прямой лопаты (или поворота грейфера), унифицированы и отличаются один от другого ходом поршня. На экскаватор можно устанавливать гидроцилиндры двух типов, имеющих разную конструкцию, но взаимозаменяемых.

Гидроцилиндр (рис. 4) представляет собой цилиндр 11 с приваренной задней проушиной 1, в которую установлены шарнирный подшипник 2, пружинные кольца 3 и защитные манжеты 24. В цилиндр 11 вставлен шток 10 с поршнем 9, манжетой 7, защитными кольцами 8, уплотнительным резиновым кольцом 22, кольцом 6 с направляющей пластмассовой втулкой 5 и гайкой 4. Гайка 4 застопорена винтом 23, который в свою очередь, застопорен от отвинчивания в трех точках.

В передней части цилиндра установлена гильза 13 с уплотнительным резиновым кольцом 12. В заточку гильзы 13 установлена штоковая манжета 15 с защитным кольцом. Гильза 13 поджата гайкой 14, на внутренней поверхности которой установлен в гнезде грязесъемник 19. В гильзу 13 и гайку 14 впрессованы бронзовые направляющие втулки. Гайка 14 застопорена от отвинчивания винтом 16, под торец которого установлена пластмассовая шайба 17. В шток 10 ввернута передняя проушина 18, которая застопорена от отвинчивания штифтом 20.

Рис. 4. Гидроцилиндр.

Шарнирные подшипники 2 передней и задней проушин смазываются через масленки 21.

экскаватор гидросистема гусеничный тормоз Таблица 1. Возможные неисправности гидроцилиндров и методы их устранения

7. Расчет гидроцилиндра стрелы Определяем толщину стенки гидроцилиндра:

где

— внутренний диаметр цилиндра;

— допускаемое напряжение на растяжение, для стали;

— максимальное давление в гидроцилиндре;

— условное давление;

— коэффициент поперечной деформации (для стали).

.

К определенной по формулам толщине стенки цилиндра прибавляется припуск на обработку материала. Припуск принимаем 1 мм.

Определяем площадь поршня в поршневой полости и в штоковой полости соответственно:

;

где

— диаметр штока.

Определяем усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра при его выдвижении и втягивании соответственно:

;

где

— коэффициент, учитывающий потери на трение.

1. Н. И. Гаврилов, А. Е. Литвак «Гидравлический экскаватор ЭО 4121» М. Машиностроение, 1980 г.

2. «ЭО-4121Б Экскаватор одноковшовый универсальный гусеничный гидравлический. Техническое описание и инструкция по эксплуатации» М. В/О «Машинэкспорт».

3. В. Я. Крикун, В. Г. Манасян «Расчет основных параметров гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием обратная лопата» М. 2001.

4. Щеблыкин Е. П. «Альбом чертежей по строительным машинам»: Уч. пос. — М.: РГОТУПС, 2005 — 104с.

5. Машины для земляных работ: Учебник / Под общ. ред. Д. П. Волкова. — М.: Машиностроение, 1992. — 448с.

6. Т. М. Башта «Машиностроительная гидравлика».

7. Чернавский С. А. «Курсовое проектирование деталей машин» М. Машиностроение, 1988 г.