Роторный траншеекопатель

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФАЖТ РФ

Роторный траншеекопатель

Курсовая работа

Пояснительная записка

Руководитель: Разработал: студент

__________ ___________

(подпись) (подпись)

________________ ________________

(дата проверки) (дата сдачи на проверку)

Краткая рецензия:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________ ___________________________

(запись о допуске к защите) (оценка, подписи преподавателей)

2008

Содержание

1 Назначение роторных траншейных экскаваторов. Выбор прототипа. Общее устройство и описание работы

2 Описание кинематической, гидравлической схем роторного траншеекопателя

2.1 Кинематическая схема

2.2 Гидравлическая схема

3 Расчет основных параметров машины

3.1 Определение средней величины удельной работы копания

3.2 Определение требуемой мощности экскаватора и выбор двигателя

4 Расчет основных параметров рабочего оборудования

4.1 Определение основных параметров ротора

4.2 Определение основных параметров ковша

5 Проектирование схемы размещения резцов

6 Эксплуатационная производительность машины

7 Расчет рамы ротора

7.1 Определение расчетных нагрузок и подбор сечения рамы ротора

7.2 Проверка изгибной жесткости элемента

7.3 Проверка балки на прочность по эквивалентным напряжениям

7.4 Проверка на устойчивость опорной рамы

8 Разработка механизма подъема и опускания рамы ротора

8.1 Выбор гидроцилиндра механизма и подбор цепи

8.2 Расчет оси крепления механизма

Список использованных источников

1 Назначение роторных траншейных экскаваторов. Выбор прототипа. Общее устройство и описание работы

Траншейные роторные экскаваторы - это машины непрерывного действия, в которых все операции рабочего цикла (разработка грунта, транспортирование, разгрузка грунта) выполняются одновременно. Они предназначены для рытья траншей под кабели, нефтепроводы, трубопроводы канализаций и других коммуникаций.

В обычном исполнении экскаваторы отрывают в грунтах I-IV категорий траншеи прямоугольного профиля. Данные экскаваторы применяются как в летнее, так и в зимнее время.

В отличии от траншейных цепных экскаваторов, роторные, как правило, имеют более высокую производительность, но применяются для траншей меньшей глубины.

В качестве прототипа принят экскаватор [1] со следующими техническими характеристиками, представленными в таблице 1.

Таблица 1 - Техническая характеристика прототипа

База экскаватора	Трактор С-100
Глубина копания, м	1,8
Ширина копания, м	0,9
Скорости рабочего хода, м/ч	От 64 до 174
Транспортные скорости, км/ч	2,36 - 10,15
Число ковшей	14
Емкость ковша, л	50
Скорость ленты транспорта, м/с	3,6
Масса рабочего органа с транспортером, кг	3950

На рисунке 1 приведен общий вид роторного траншеекопателя на базе трактора С-100.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Общий вид роторного траншеекопателя

Экскаватор состоит из тягача, созданного на базе трактора С-100, и рабочего оборудования. Тягач обеспечивает передвижение экскаватора, являясь базой для навески на него и соединения с ним рабочего оборудования, несет на себе силовую установку и передает движение исполнительным органам рабочего оборудования, ходовому и вспомогательным устройствам. В конструкцию трактора внесено несколько изменений. Для уменьшения среднего удельного давления на грунт опорная площадь гусениц увеличена путем удлинения гусеничных тележек и увеличения ширины башмака до 600 мм; увеличено число опорных катков гусеничных тележек. Центр тяжести трактора смещен вперед.

Рабочее оборудование роторного траншеекопателя обеспечивает отрыв от массива грунта в траншее проектной ширины с откосами или без них при заданной глубине, полный вынос его из траншеи и отсылку в бруствер. Оно включает в себя ротор, установленный на раме на поддерживающих роликах. Рама опирается передним концом на ползун, перемещающийся по направляющей, жестко установленной на тягаче. На втором конце рамы установлен зачистной нож, служащий для профилирования дна траншеи. В транспортном режиме задняя часть рамы опирается на колесо.

Роторный траншеекопатель представлен на рисунке 1. Внутренняя поверхность ротора представляет собой зубчатый сектор, приводящийся в движение с помощью звездочки привода ротора, которая в свою очередь вращается от складывающейся цепной передачи привода ротора.

Снаружи на роторе смонтированы ковши. Подъем ротора осуществляется с помощью гидроцилиндра через цепную передачу.

Роторный экскаватор оборудован ленточным конвейером, установленным внутри ротора для отсылки вынутого из траншеи грунта. Привод конвейера осуществляется от вала привода ротора через реверс-редуктор и цепные передачи.

Траншейные роторные экскаваторы оборудованы автономной силовой установкой с дизелем, устанавливаемым в передней части тягача. Органы управления экскаватором сосредоточены в кабине.

На большие расстояния экскаватор перевозится по железной дороге или на трейлере. Своими ходом разрешается перегон экскаватора на расстояние не более 10 км (по проселочным дорогам с умеренно-пересеченным рельефом, с подъемами и спусками не более 100). Для перевозки по дорогам используется прицеп грузоподъемностью 40 т.

2 Описание кинематической, гидравлической схем роторного траншеекопателя

2.1 Кинематическая схема

Трансмиссия экскаватора состоит из механизмов, передающих движение от двигателя к ведущим колесам гусеничного хода, а также к рабочему органу и транспортеру. В трансмиссию входит муфта сцепления, дополнительная коробка передач, КПП, коническая передача с бортовыми фрикционами, раздаточный редуктор и бортовые редуктора. На экскаваторе установлена рама, на которой смонтированы редуктор привода ротора, механизмы подъема и опускания рабочего органа. Кроме того, на нем установлено оборудование гидравлического привода рабочего хода. В рабочем положении основной поток мощности идет от раздаточного редуктора, через редуктор привода ротора (дифференциал) и цепные передачи на редукторы вала привода ротора, а от них мощность передается на ротор и на редуктор привода конвейера. От редуктора привода конвейера через цепную передачу поток энергии идет к приводным барабанам.

Привод ротора через дифференциалы обеспечивает равномерное распределение нагрузок между двумя валами цепных передач и зубчатых зацеплений редуктора вала привода ротора. Кинематическая схема роторного траншейного экскаватора представлена на приложение А.

2.2 Гидравлическая схема

Гидравлическая система подъема и опускания рабочего органа состоит из бака 1, сетчатого фильтра 2, гидравлического насоса 3, предохранительного клапана 4 , распределителя 5,гидравлического цилиндра 6 и трубопроводов.

Рабочая жидкость, забираемая из бака 2 насосом 3, проходит через распределитель 5 и при соответствующем положении золотника поступает в поршневую полость гидравлических цилиндров. При этом рабочий орган опускается. При передвижении золотника в положение «подъем» масло поступает в штоковую полость и давит на поршень. При этом масло из поршневой поступает в сливную линию. Все агрегаты соединены стальным трубопроводом.

В системе предусмотрена защита от перегрузок за счет предохранительного клапана 4. Для очистки рабочей жидкости от загрязнителей в схеме установлен фильтр 2.

Гидравлическая схема механизма подъема и опускания рабочего органа представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Гидравлическая схема

3 Расчет основных параметров машины

3.1 Определение средней величины удельной работы копания

Для определения средней величины удельной работы копания необходимо в соответствии с заданием построить графики распределения температуры Т, числа ударов С плотномером ДорНИИ и удельной работы копания Ev. Также надо учитывать, что удельная работа копания прямо пропорциональна числу ударов С , причем при С = 12 величина Ev =260 000 Н/м2 .

Поскольку поперечное сечение траншеи при разработке мерзлоты имеет прямоугольную форму, средняя величина удельной работы копания может быть определена [2]:

, (1)

где hi - толщина i-го слоя, м (hi=0,2м).

Значения температуры, числа ударов и удельной работы копания определяем графически из рисунка 3.



Рисунок 3 - График изменения температуры, удельной работы копания, числа ударов плотномера

.

3.2 Определение требуемой мощности экскаватора и выбор двигателя

Баланс мощности при копании [2]:

, (2)

где Ne - расчетная мощность дизеля, кВт;

kвых - коэффициент снижения выходной мощности дизеля, (k);

Nро - мощность на привод рабочего органа, кВт;

Nконв - мощность на привод конвейера, кВт;

Nпер - мощность на привод передвижения при рабочем ходе, кВт;

Nсу - мощность на систему управления (положением рабочего хода и конвейера), кВт.

В начальной стадии выполнения проекта, когда не известны скорости рабочего хода, размеры рабочего органа, конвейера и другие параметры машины, определить достоверно мощности на привод каждого из механизмов невозможно.

Поэтому ориентировочно принимаем [2]:

(3)

Мощность на привод конвейера N конв, кВт [2]:

(4)

где m - эмпирический коэффициент пропорциональности, кВт · ч/мі

(m = 0,05 кВт · ч/мі);

ПТ - техническая производительность экскаватора, м3/ч;

зпк - КПД привода конвейера, (зпк = 0,6);

.

Мощность на привод рабочего органа Nро, кВт [2]:

, (5)

где Nкоп - мощность, затрачиваемая на копание грунта, кВт [2]:

, (6)

где зро - КПД рабочего органа, (зро =0,9).

.

Nпод - мощность, затрачиваемая на подъем грунта до уровня разгрузки ковшей, кВт [2]:

, (7)

где г - удельный вес грунта, H/м3 ();

h0 - расстояние от уровня стоянки экскаватора до уровня, где происходит разгрузка ковшей (конструктивно принимаем h0=0,8 м);

hцт - высота подъема грунта из забоя до уровня стоянки, равная рас стоянию от центра тяжести поперечного сечения траншеи до уровня стоянки, м (конструктивно принимаем hцт=2,13 м);

По формуле (3) получим (Nпер+ Nсу)=0,1(25,1+2,75)=2,785 кВт.

Окончательно мощность дизеля равна:

Принимаем двигатель по справочнику [2]. Техническая характеристика дизеля представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Техническая характеристика дизеля

Характеристика	Д-50
Максимальный вращающийся момент, Н·м	250
Частота вращения при max мощности, об/мин	1600
Мощность, кВт	40,1
Удельный расход топлива, г/(кВт·ч)	261
Масса, кг	400

4 Расчет основных параметров рабочего оборудования

4.1 Определение основных параметров ротора

Диаметр ротора по зубьям, м [2]:

D=1,41·h+0,65, (9)

где h - глубина копания, м (h=1,8 м).

D=1,41·1,8+0,65=3,188 м.

Радиус ротора по ковшам Rk, м [2]:

; (10)

.

Наружный радиус диска ротора RН, м [2]:

; (11)

.

Внутренний радиус диска ротора Rв , м [2]:

; (12)

.

Высота сечения кольца hk , мм [2]:

; (13)

.

Толщина сечения кольца дk , мм [2]:

; (14)

Угловая скорость вращения ротора щр принимается из условия гравитационной разгрузки ковшей.

Угловая скорость вращения ротора щр , рад/с [2]:

, (15)

где щр.кр.- критическая угловая скорость, при которой центробежная сила инерции, действующая на частицы в ковшах, находящихся в зоне разгрузки, уравновешивает их силу тяжести, рад/с [2]:

, (16)

где g - ускорение свободного падения, м/с2 (g=9,81 м/с2)

Окружная скорость ротора Vp , м/с [2]:

; (17)

4.2 Определение основных параметров ковша

Число ковшей на роторе Zk [2]:

; (18)

.

Вместимость ковша из условия обеспечения заданной производительности q, м3 [2]:

, (19)

где ПТ - техническая производительность, м3/ч (ПТ=33 м3/ч);

kp - коэффициент разрыхления (kp =1,2);

kн - коэффициент наполнения (kн=0,7).

.

Размеры ковша определяем из условия обеспечения необходимой его вместимости.

Ширина ковша bk,м [2]:

, (20)

где b - ширина траншеи, м (b=0,7м).

.

Длина ковшей lk , м [2]:

, (21)

где ak - шаг ковшей, м :

; (22)

;

lk=0,5·0,5=0,25 м.

Высоту ковша находим из зависимости [2]:

, (23)

где ka - коэффициент, учитывающий форму ковша (ka=0,7).

.

Число ссылок в минуту nc [2]:

(24)

.

Скорость рабочего хода, м/ч [2]:

, (25)

где Aпс - площадь поперечного сечения траншеи, м2:

.

Подача на ковш C0 , м [2]:

; (26)

Т.к. размеры ковшей и их вместимость не удовлетворяют по конструкции, необходимо уменьшить количество ковшей, тогда увеличатся вместимость и размеры ковшей.

5 Проектирование схемы размещения резцов

Проектирование схемы начинается с выбора лезвия резца bр. Для роторных траншеекопателей при Nе ? 80 кВт принимаем bр =25 мм.

Число групп режущих комплексов на рабочем органе при h ?2,2 м принимаем U=2.

Определяем число режущих комплектов в группе, разрушающей грунт по ширине траншеи [2]:

(27)

где Zk - число ковшей на роторе (Zk=10)

.

Принимаем число резцов в режущем комплекте: ч=2.

Необходимое число линий резания [2]:

(28)

.

Находим расстояние между смежными траекториями резания [2]:

(29)

где b - ширина траншеи, м (b=0,7 м);

.

Подача на резец [2]:

(30)

где Сок - подача на режущий комплект, (Сок= С0 = 0,0025м - при пересчете при Zk=10);

Максимальная подача на резец [2]:

; (31)

где l - вылет резца, м;

Приняв Со max= Сор находим:

.

Рисунок 4 - Схема размещения резцов

6 Эксплуатационная производительность машины

Эксплуатационная сменная производительность Пэ. см , м3/см [2]:

, (32)

где ПТ - техническая производительность,( ПТ =33 м3/ч);

tсм - продолжительность смены, ч (tсм =8,2 ч);

kв - коэффициент использования экскаватора по времени, (kв =0,75);

kг - коэффициент готовности экскаватора, (kг =0,75);

kц - коэффициент, учитывающий увеличение продолжительности рабочего цикла по сравнению с расчетной, (kц =0,75).

.

7 Расчет рамы ротора

Целью расчета рамы ротора является подбор пары швеллеров, на которых крепится металлоконструкция ротора.

Материал для металлоконструкции подбирается таким образом, чтобы он сопротивлялся циклическим и ударным воздействиям при отрицательных температурах. Материал должен быть прочным, упругим, обладать коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

По рекомендациям принята сталь 09Г2С, в химический состав которой входят: углерода-0,09%, марганца -2%.

Расчет рамы произведен при рабочих нагрузках.

Силовой расчет заключается в определении всех нагрузок, действующих на раму, построении эпюр поперечных, продольных сил и изгибающих моментов и проверке прочности рамы.

7.1 Определение расчетных нагрузок и подбор сечения рамы ротора

За расчётное положение принимается такое сочетание условий и нагрузок, при которых ротор, встретившись в забое одним ковшом с непреодолимым препятствием, вывешивается вместе с рамой, конвейером и задней опорой на зубьях этого ковша; при этом от трансмиссии при срабатывании муфты предельного момента на ротор передаётся максимальный вращающий момент.

На рисунке 5 представлена расчётная схема рамы рабочего оборудования.



Рисунок 5 - Схема к расчету рамы рабочего оборудования

Вес ротора:

роторный траншейный экскаватор

, (33)

где mрот - масса рабочего ротора с транспортером, кг ( mрот=3156кг).

.

Определяем силу резания:

.

Для определения и необходимо построить векторный многоугольник.



Рисунок 6 - План сил

Из чертежа находим: ;

.

Далее необходимо определить наиболее опасное сечение. Для этого нужно построить эпюры поперечных усилий Q, продольных усилий N и моментов М. Силовой расчет выполнен в программе “APM”.

По наиболее нагруженному сечению ведём подбор поперечного сечения балки.

Прочность балки определяем из условия:

, (34)

где N - продольная сила в сечении, Н (N=-6,6Н) [cм прил.А];

M - изгибающий момент в сечении, Н·м (М=2,2Н·м) [cм прил.А];

А и W - площадь и момент сопротивления подбираемого швеллера;

“2” в знаменателе означает, что нагрузка приходится на 2 швеллера;

уm - предел текучести стали, МПа (для Сталь 09Г2С: уm=345 Мпа);

n0 - коэффициент запаса прочности (n0 =1,4).

Методом подбора выбраны 2 швеллера №22 со следующими характеристиками: A=26,7 смІ, W=192 смі.

.

44,9 МПа < 246,4 МПа - условие выполняется.

7.2 Проверка изгибной жесткости элемента

Должно соблюдаться условие

, (35)

где f - максимальный прогиб балки, м;

l - длина балки, (l=4,2 м);

-относительный прогиб (по справочнику =).

Прогиб балки определяем по формуле:

f=, (36)

где М - изгибающий момент, (М=2,2·104 Н·м) [cм прил.А];

Е - модуль упругости, (для стали: Е = 2,1·1011 Па);

I - момент инерции швеллера, (IZ=21075487·10-12 м4) [cм прил.А].

Условие (35) выполняется, жесткость достаточна.

7.3 Проверка балки на прочность по эквивалентным напряжениям

Проверку ведем по III-ей теории эквивалентности:

, (37)

где у - нормальные напряжения в балке, МПа;

ф - касательные напряжения при поперечном изгибе, МПа:

(38)

где Q - поперечная сила, (Q=1,8·104 Н) [cм прил.А] ;

IZ - осевой момент инерции сечения,( IZ=21075487·10-12 м4);

b - ширина сечения, м;

SZсеч - статический момент площади, мі;

, (39)

где AО.Ч. - площадь отсеченной части, мІ;

yc - координата центра тяжести отсеченной части, м.

Для расчета касательных напряжений строим таблицу.

Таблица 3 - Расчет касательных напряжений по точкам

№	b, мм		ф, МПа
1	82	0	0
2	82	8,2·0,95·10,525=82 смі
3	5,4	8,2·0,95·10,525=82 смі
4	5,4	82+0,54·10,05·5,025=109,3 смі

Наиболее опасное сечение находится в точке 3.

По формуле (37):

Рисунок 7 - Эпюры нормальных и касательных напряжений

7.4 Проверка на устойчивость опорной рамы

Необходимо произвести расчет опорной рамы ротора, к которой крепится колесо.



Рисунок 8 - Схема к расчету

Необходимо определить радиус инерции трубы 102х10:

, (40)

где Iz - полярный момент инерции:

;

А - площадь трубы:

.

.

Определяем гибкость трубы:

. (41)

.

Для проверки устойчивости должно соблюдаться условие:

, (42)

где - коэффициент, зависящий от гибкости (=0,891).

;

4,27МПа 219,5МПа.

8 Разработка механизма подъема и опускания рамы ротора

8.1 Выбор гидроцилиндра механизма и подбор цепи

Гидроцилиндр выбираем, исходя из условия обеспечения силы требуемой для подъёма рабочего органа и хода поршня.

Цепная передача установлена с целью уменьшения хода поршня ГЦ (так как высота подъема ротора более трех метров). Для данной схемы кратность полиспаста uп= 2.

Гидроцилиндр выбираем по необходимому диаметру ,мм:

, (43)

где - сила, действующая на штоке гидроцилиндра, Н;

- номинальное давление в системе, Па (Па);

- КПД гидроцилиндра ().

Сила на штоке будет складываться из действующих сил: веса рабочего оборудования и силы трения :

, (44)

Вес рабочего оборудования:

, (45)

где mро - масса рабочего оборудования (mро=3156 кг из прототипа).

Н.

Силу трения определим по формуле:

, (46)

где - коэффициент трения скольжения ползуна по направляющей (=0,3).

Реакцию определяем по распечаткам выведенным из АРМ (Rв=14141Н).

Н.

Н.

Выбран гидроцилиндр ГЦО 4 - 80 x 40 x 1000 [3].

Цепь выбирается по разрывному усилию:

. (47)

. (48)

(49)

где - к.п.д. блока ().

.

.

.

Выбрана цепь 2ПР-44,45-344 ГОСТ 13568 - цепь приводная роликовая двухрядная.

8.2 Расчет оси крепления механизма

Рама ротора крепится к трактору с помощью двойного шарнира. Материал оси шарнира Сталь 40Х, после нормализации

с

.

Максимальное усилие в шарнире равно суммарной реакции в шарнире (месте крепления рамы ротора с экскаватором).

.

Диаметр оси шарнира определен из условия работы пальца на срез, м:

, (50)

где - число срезаемых плоскостей .

Преобразуя формулу (50), определяем из нее диаметр:

, (51)



Конструктивно принимаем диаметр оси по стандартному ряду

Список использованных источников

1.Экскаваторы непрерывного действия. Атлас конструкций. Л.Е. Подборский, З.Е.Гарбузов. М., 1964. 148с.

2. Экскаваторы одноковшовые и многоковшовые: Учебное пособие по курсовому проектированию / Сост. Н.В. Мокин, Р.Ф.Саблин, Новосибирск, 1984. 109с.

3. Н.В. Мокин. Объемный гидропривод. Методические указания по выполнению курсовой работы. Новосибирск, 1999.40с

4. Металлические конструкции. Методические указания к практическим занятиям / Сост. В.А.Глотов, Г.Ф. Тимофеев. Новосибирск, 1998. 25с.

5. Металлические конструкции. Справочные материалы к практическим занятиям и курсовому проектированию / Сост. В.А.Глотов, Г.Ф. Тимофеев. Новосибирск, 1998. 26с.

6. СТО СГУПС 1.01СДМ.01-2007. Система управления качеством. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2007. 60 с.

Размещено на Allbest.ru