Разработка экскаватора с ковшом емкостью 0,25 м3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на курсовой проект

Задачей курсового проекта является разработка эскизного проекта одного из видов строительных машин: бульдозера; скрепера, одноковшового или многоковшового экскаватора.

Расчетно-пояснительная записка включает:

1. Задачи проектирования и обзор современных достижений науки и техники в рассматриваемой области производства как в России, так и за рубежом. Краткое описание применяемых машин заданного назначения, иллюстрируемое эскизами и их техническими характеристиками.

2. Выбор варианта схемы машины и составление ее технической характеристики. При этом учитываются условия производства работ, простота и надежность конструкции (наличие стандартных узлов и деталей), удобство обслуживания, управления, транспортирования, монтажа и демонтажа; масса машины, производительность, коэффициент использования ее по времени, общая компоновка машины в целом и эстетичность конструкции. После сопоставления вариантов по основным показателям студент выбирает наиболее целесообразный из них.

3. Кинематические, силовые и прочностные расчеты. Исходя из особенностей рабочего процесса, необходимо рассчитать потребные мощности двигателей машины, составить ее кинематическую схему и произвести прочностной расчет. В записке должны быть приведены прочностные расчеты по разрабатываемым узлам.

4. Проверку устойчивости мобильных машин (экскаваторов и землеройно-транспортных машин).

5. Технико-экономические показатели работы машины в эксплуатационных условиях, которые дают возможность судить о технической и экономической эффективности применения данной машины. В связи с этим требуется произвести необходимые подсчеты и привести в пояснительной записке следующие данные:

габариты машины в рабочем и транспортном положениях;

характеристику рабочего органа или рабочего о6орудования;

транспортную и рабочую скорости;

тяговый расчет;

установочную мощность двигателя;

силу тяжести машины;

теоретическую и техническую производительность.

6. Мероприятия по обеспечению охраны труда и техники безопасности.

7. Заключение, в котором студент должен указать область применения заданной машины, сравнить ее технико-экономические показатели с показателями аналогичных российских и зарубежных образцов машин данного типа.

Исходные данные.

Разработать экскаватор с ковшом емкостью 0,25 м3, лопата обратная, для разработки грунта IVкатегории, ходовое оборудование - колесное.

Общие сведения об экскаваторах

Траншейные экскаваторы применяют на строительстве линейных подземных коммуникаций открытым способом для рытья траншей прямоугольного и трапецеидального профиля под газо-, нефте-, водо- и продуктопроводы, канализационные и теплофикационные системы, кабельные линии связи и электроснабжения, а также рытья траншей под протяженные ленточные фундаменты зданий и сооружений и оконтуривания котлованов и выемок. Они представляют собой самоходные землеройные машины непрерывного действия с многоковшовым или без ковшовым (скребковым) рабочим органом, которые при своем поступательном перемещении разрабатывает сзади себя за один проход траншею определенной глубины, ширины и профиля с одновременной транспортировкой грунта в сторону от траншеи. Производительность траншейных экскаваторов, постоянно передвигающихся во время работы и отделяющих грунт от массива с помощью группы непрерывно движущихся по замкнутому контуру ковшей или скребков, в 2...2,5 раза выше, чем у одноковшовых машин, при более высоком качестве работ и меньших энергозатратах на 1 м3 разработанного грунта. Причем траншейные экскаваторы способны эффективно разрабатывать как не мерзлые, так и мерзлые грунты.

Экскаваторы, непрерывно разрабатывающие и одновременно транспортирующие грунт в отвал или транспортные средства, называют экскаваторами непрерывного действия.

Экскаватор непрерывного действия состоит из силовой установки 1, рабочего оборудования, ходового устройства и кабины машиниста с органами управления. Рабочее оборудование экскаватора включает рабочие органы, разрабатывающие грунт, конвейер, транспортирующий его, зачистное устройство и заднюю опору.

Рабочие органы экскаваторов непрерывного действия бывают цепными, роторными и комбинированными (плужно-роторными, шнекороторными). Цепной или роторный рабочий орган оснащен рабочими элементами, которые один за другим разрабатывают грунт и выносят его к транспортирующим устройствам. Рабочими элементами экскаваторов непрерывного действия являются ковши, скребки или резцы.



Экскаваторы с роторным рабочим органом называют роторными экскаваторами. Они имеют следующие преимущества по сравнению с цепными: более высокий КПД и, следовательно, менее энергоемкий процесс разработки грунта из-за отсутствия цепей, работающих в абразивной среде; более высокую производительность благодаря повышенному числу ссыпок, которая обеспечивается равномерностью вращения ротора и лучшими условиями опорожнения ковшей.

Наряду с этим роторные экскаваторы имеют большие габариты
и массу, чем цепные. Это объясняется большими размерами и массой ротора по сравнению с цепными рабочими органами для одних и тех же размеров отрываемых траншей. Габариты и масса ротора значительно растут с увеличением глубины отрываемой траншеи, тогда как для цепных экскаваторов увеличение массы рабочего органа происходит в меньшей степени.

Для обеспечения непрерывной работы машины рабочий орган
должен постоянно перемещаться. Характер этого перемещения в сочетании с типом рабочего органа является основным признаком, по которому классифицируют экскаваторы непрерывного действия. У экскаваторов продольного
копания плоскости перемещения рабочего органа и движения ковшей или скребков совпадают; поперечного копания - плоскость движения ковшей перпендикулярна плоскости движения рабочего органа; радиального копания - ковши движутся в вертикальной плоскости, а сам рабочий орган совершает поворотное движение относительно вертикальной оси.

Экскаваторы продольного копания цепные и роторные имеют основное исполнение - траншейное - и видоизменения его с дополнительным оборудованием для укладки дрен и прокладки каналов. Двухроторные, плужно-роторные и шнекороторные экскаваторы предназначены для рытья каналов.

Экскаваторы поперечного копания имеют два основных исполнения - карьерное и мелиоративное.

Экскаваторы радиального копания, или, как их часто называют, роторные стреловые экскаваторы, предназначены для карьерных и добычных работ.

Экскаваторы непрерывного действия классифицируют также по следующим основным признакам:

т и п у п р и в о д а - с механическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным приводами.

тип ух о д о в о г о у с т рой с т в а - на гусеничном и пневмоколесном ходах;

способу соединения рабочего оборудования с

т я г а ч о м- навесные (рабочий орган задней дополнительной опоры не имеет), полуприцепные (рабочий орган спереди опирается на тягач, а сзади - на дополнительную пневмоколесную тележку) и прицепные.

Для экскаваторов непрерывного действия, выпускаемых отечественной промышленностью, принята буквенно-цифровая индексация. Экскаваторам продольного копания траншейным, дреноукладочным и канальным присваивается индекс ЭТР (экскаватор траншейный роторный) или ЭТЦ (экскаватор траншейный цепной), экскаваторы поперечного копания имеют индекс ЭМ, роторные стреловые экскаваторы - ЭР.

После буквенного индекса следует цифровое обозначение, которое содержит следующую информацию:

для экскаваторов продольного копания (ЭТР и ЭТЦ): первые две цифры - глубина копания (в дм), третья - порядковый номер модели; для экскаваторов роторных стреловых: первые три цифры - вместимость ковша (в л), а четвертая - порядковый номер модели; для экскаваторов поперечного копания: первые две цифры - вместимость ковша (в л), третья цифра - порядковый номер модели. При модернизации после цифрового обозначения добавляют буквы по порядку русского алфавита. Например, индекс ЭТР-206А обозначает: экскаватор траншейный роторный, глубина копания в дециметрах - 20, шестая модель - 6, первая модернизация-А.

Плужно-роторным каналокопателям присваивается общий индекс мелиоративных каналокопателей МК и порядковый номер по реестру. Например, плужно-роторный каналокопатель МК-23.

Каналоочистителям присваивается индекс машин для ремонта и содержания мелиоративных систем мР и порядковый номер по реестру. Например, каналоочиститель МР-15.

При модернизации плужно-роторных каналокопателей и каналоочистителей после цифрового обозначения также добавляют буквы по порядку русского алфавита.

Наряду с указанными выше преимуществами экскаваторы непрерывного действия имеют недостаток - малую универсальность. Каждый экскаватор предназначен для выполнения определенных операций, и его нельзя использовать на других работах подобно одноковшовым экскаваторам.

Устройство экскаватора ЭТЦ-165А

Экскаватор ЭТЦ-165А (лист 1) на базе колесного трактора
МТЗ-82 эффективно используют на минеральных грунтах I-III категорий для рытья траншей под укладку кабелей различного назначения и трубопроводов небольшого диаметра. Он оборудован скребковым рабочим органом для рытья траншей и бульдозерным отвалом для планировочных работ небольшого
объема. Предусмотрена также возможность навески специального
рабочего органа для разработки траншей шириной 0,14 м и глуби-
ной 1,3 м в грунтах сезонного промерзания.

Эти экскаваторы мобильны и маневренны, что дает возможность
использовать их в городских условиях, а также на небольших строительных объектах, где требуются частые переброски машины.

Для установки экскаваторного оборудования и обеспечения технико-эксплуатационных параметров землеройной машины часть сборочных единиц базового трактора доработана (трансмиссия, гидросистема, рама, управление и кабина).

Редуктор 8 привода рабочего органа установлен на корпусе заднего моста трактора, а на корпусе редуктора смонтированы рабочий орган 4 и механизм его подъема и опускания 1. В передней части рамы трактора 10 установлен универсальный бульдозер 11, на корпусе коробки трактора - гидромеханический ходоуменьшитель 9.

Рабочее оборудование современных цепных траншейных эксковаторов скребковое, система навески его на базовую машину - консольная, управление гидравлическое. Грунт в траншее разрабатывают принудительным напором на забой.

Рабочее оборудование

Рабочее оборудование состоит из рабочего органа, отвального
конвейера и дополнительного оборудования.

Рабочий орган (лист 2) представляет собой сварную раму 7, на которой установлены шнеки 1 и натяжное устройство 6 с резиновым амортизатором, предохраняющим от перегрузок рабочую цепь 4. Цепь установлена на ведущей и ведомой 5 звездочках и опирается на ролики 3, размещенные на раме рабочего органа.

В зависимости от ширины отрываемой траншеи рабочую цепь
оснащают определенным комплектом резцов и скребков. Так,
для рытья траншеи шириной 0,4 м на цепь устанавливают резцы
9-11 трех размеров и скребки 8. Чтобы обеспечить равномерную нагрузку на цепь в процессе резания грунта, резцы располагают в определенной последовательности.

На раме рабочего органа в необходимом положении в зависимости от глубины копания устанавливают шнеки 1, которые выдают грунт в боковые отвалы и очищают бермы. Кронштейн шнеков фиксируется планкой, позволяющей регулировать его положение относительно рамы рабочего органа.

Для зачистки дна отрываемой траншеи рабочий орган имеет дополнительную раму со сменными зачистными башмаками .

Заглубление рабочего органа с принудительным напором в процессе копания, а также подъем его в транспортное положение обеспечивает механизм подъема 1, состоящий из гидроцилиндра, корпус которого крепится к корпусу редуктора, а шток через рычажную систему соединен с рабочим органом.

В передней части экскаватора устанавливают бульдозер, раму которого крепят к переднему брусу, лонжеронам и к нижней части рамы трактора. Конструкция навески бульдозера на трактор обеспечивает три движения отвала: опускание в рабочее и подъем в транспортное положения; поворот в вертикальной плоскости на угол резания и в горизонтальной плоскости - на угол захвата.

Привод всех движений отвала гидравлический. Угол захвата обеспечивается на любую сторону до 450, отвал фиксируется механически в трех положениях - 15, 30 и 450, угол резания изменяется от О до 60.

Трансмиссия.

Трансмиссия от базового трактора (задний и передний ведущие мосты, двигатель, коробка передач, раздаточная коробка, понижающий редуктор, карданные валы на привод переднего моста и редуктор привода насоса), в которую дополнительно встроена трансмиссия экскаватора (редуктор привода рабочего органа и гидромеханический ходоуменьшитель).

Транспортные скорости экскаватора такие же, как и скорости базового трактора. При необходимости увеличения тяги включают дополнительно передний мост, который приводится от раздаточной коробки карданными валами.

Вращение рабочего органа и шнекового конвейера обеспечивается редуктором (рис. 1), установленным на корпусе заднего моста трактора. Редуктор получает вращение от заднего вала 5 отбора мощности трактора и передает его приводной звездочке 8 рабочей цепи. Для изменения скорости рабочей цепи служат шестерни 1 и блок шестерен 2. От поломок при встрече с труднопреодолимым препятствием рабочий орган и редуктор защищены муфтой 11.

Для навески рабочего органа служат втулки 6 и 9, на которых устанавливают корпуса 2 подшипников. На корпусе 10 (см. рис. 1) редуктора закреплен гидроцилиндр подъема и опускания рабочего органа.

Гидросистема и управление.

Гидропривод механизмов экскаваторов непрерывного действия по сравнению с механическим имеет следующие существенные преимущества:

малые габариты, компактность и простота передачи энергии от двигателя рабочему органу;

долговечность, обусловленная тем, что трущиеся поверхности герметически закрыты и смазаны рабочей жидкостью;

простота преобразования вращательного движения в возвратно- поступательное;

возможность бесступенчатого регулирования рабочих скоростей в широком диапазоне;

возможность автоматизации управления рабочим процессом. Недостатки гидропривода - повышенные требования к точности изготовления гидросистем и соблюдению правил их эксплуатации (в первую очередь в отношении качества рабочей жидкости); высокая стоимость гидрооборудования. Тем не менее преимущества гидропривода велики и он получает все более широкое применение.

В гидрооборудование экскаваторов входят следующие основные элементы:

насосы, преобразующие механическую энергию в энергию потока рабочей жидкости;

гидравлические распределители, предохранители, дроссели и делители потока, регулирующие и распределяющие потоки рабочей жидкости от насосов к гидромоторам и гидроцилиндрам;

гидроцилиндры и гидромоторы, преобразующие энергию потока
рабочей жидкости в механическую (поступательного или враща-
тельного движения) ;

трубопроводы, баки, фильтры, охлаждающие устройства и другая аппаратура, обеспечивающая движение рабочей жидкости, ее очистку и охлаждение в процессе работы.

Гидросистема включает гидроагрегаты базового трактора и дополнительно установленное гидрооборудование (лист 3). Насос 17 питает гидромотор 1 ходоуменьшителя. Скорость рабочего передвижения определяется подачей насоса, которую изменяют регулятором потока 19, выполненным в одном блоке с предохранительным клапаном 18. Параллельно гидромотору
ходоуменьшителя подключен разгрузочный клапан 2, позволяющий соединять напорную и сливную гидролинии, чтобы уменьшить усилие включения рычага управления коробкой передач, а также рычага включения привода насоса 17.

Насос 14, установленный на двигателе трактора, питает силовые гидроцилиндры управления бульдозером и цепным рабочим органом, а также гидроувеличитель сцепного веса.

Первая секция гидрораспределителя 11 управляет гидроцилиндрами 4 и 6 перекоса и поворота бульдозера, вторая - гидроцилиндром 7 подъема бульдозера, третья - гидроцилиндром 8 подъема и опускания рабочего органа. Поочередное управление гидроцилиндрами поворота и перекоса бульдозера обеспечивает гидро-распределитель 3. Рабочее давление в этих гидроцилиндрах ограничивается предохранительным клапаном 5. В гидролиниях подъема рабочего органа установлены клапан 10, ограничивающий скорость опускания, и гидрозамок 9, удерживающий рабочий орган в транспортном положении.

В гидроагрегаты базового трактора внесен ряд конструктивных изменений. Во второй секции гидрораспределителя 11, управляющей гидроцилиндром подъема бульдозера, введены фиксации
золотника в положениях «Подъем» и «Плавающее». В других секциях гидрораспределителя 11 сняты фиксаторы и установлены ограничительные кольца, не позволяющие использовать «Плавающее» положение гидрораспределителя.

Все органы управления экскаватором расположены в кабине
трактора. Дополнительно к рычагам управления трактором установлены рычаги управления ходоуменьшителем, редуктором привода рабочего органа и регулятор потока для изменения скорости передвижения экскаватора.

Рычаг включения ходоуменьшителя сблокирован с рычагом переключения передач для предотвращения одновременного включения ходоуменьшителя и коробки передач трактора. Переключить
рычаг коробки передач можно лишь тогда, когда рычаг ходоуменьшителя находится в выключенном положении. Для включения ходоуменьшителя рычаг преключения передач трактора ставят в нейтральное положение.

Техническая характеристика.

Базовый трактор - МТЗ-82 Белорусь.

Эксплуатационная масса кг, не более - 6200.

Мощность двигателя, кВт (л. с.), не менее - 57,8 (78)
Скорость движения: рабочая, м/ч - 20-650

транспортная, км/ч - 2-33

Габариты (в транспортном положении), мм, не более:

длина - 7200,

ширина - 2290,

высота - 3200.

Размеры траншеи, м:

глубина - до 1,6,

ширина - 0,3.

Тип привода механизма передвижения - гидромеханический.

Рабочий орган: тип - скребковый.

Шаг цепи, мм - 100.

Число скребков (резцов)- 5.

Шаг скребков, мм - 400.

Конвейер: тип - отвальный шнековый.

Ходовое устройство: тип - колесное,

база, мм - 2450

колея, мм - 1800.

Параметры бульдозерного оборудования, мм:

ширина отвала - 2090.

высота отвала - 645.

Техническая производительность, м3/ч - 70.

Взаимодействие рабочего органа с грунтом

Рабочий процесс землеройной машины состоит из следующих операций: резание (копание) грунта, перемещение, укладка разработанного грунта в отвал или транспортные средства и рабочее перемещение машины. При этом машина стоит на грунте и по нему перемещается, а усилия, которые действуют на ее рабочие органы при копании, через конструкцию и ходовое устройство передаются на грунт. Таким образом, машина, взаимодействуя с грунтом, образует систему «грунт-машина-грунт».

Совмещение и непрерывность рабочих операций отличают
экскаваторы непрерывного действия от землеройных машин цикличного действия, таких, как, например, одноковшовые экскаваторы или скреперы, у которых копание и транспортирование грунта производятся периодически и последовательно.

При резании грунта стружками толщиной h (рис. 2, а) грунт первоначально уплотняется, а затем под действием внутренних напряжений сдвигается вдоль плоскости, расположенной под некоторым углом . Призма грунта, ограниченная рабочей плоскостью 1 режущего инструмента и плоскостью 2 сдвига грунта, под действием подпора нижележащих слоев поднимается вверх, перемещаясь по режущему инструменту.

Для эффективного процесса резания необходимо обеспечивать рациональные углы резания . При большом угле резания угол наклона плоскости сдвига 2 уменьшается, а длина площади сдвига увеличивается, что отрицательно сказывается на рабочем процессе и вызывает увеличение усилия и энергоемкости копания. При малых углах резания путь подъёма грунта режущим органом по плоскости 1 увеличивается, возрастают потери на трение и, кроме того, режущая кромка получается очень острой и невозможно добиться ее достаточной прочности и износостойкости. Как показала практика, более эффективные углы резания лежат в пределах от 25 до 450.

Рис. 2. Схема процессов резания и копания грунта: а - резание, б - копание; 1- рабочая плоскость режущего инструмента, 2 - плоскость сдвига грунта, 3 - грунт, заполняющий ковш, 4 - призма волочения; h - толщина стружки грунта, - угол резания. - задний угол, -угол сдвига .

Не менее важно правильно выбрать задний угол у режущего инструмента. Грунт представляет собой упругую среду, поэтому после прохождения режущей кромки и снятия напряжения сжатия, возникающего во время резания, он немного поднимается. В результате с нижней стороны режущего органа возникает площадка трения. При заглублении режущего органа необходимо сжать грунт по длине этой площадки, вследствие чего возникают высокие давления и силы трения, увеличивающие усилия копания и энергоемкость процесса. Чем больше задний угол , тем меньше трение задней грани режущего инструмента и тем меньше вредные сопротивления вдавливания и трения. Минимальный задний угол, который должен быть обеспечен на рабочих органах землеройных машин, 8-12°.

В процессе копания ковш вырезает стружку грунта и образует перед режущей кромкой призму волочения, которая способствует перемещению грунта внутрь ковша и его заполнению. Образование призмы волочения и заполнение ковша требуют определенных затрат энергии, но основная доля расходуемой мощности затрачивается на резание грунта.

Сопротивление копанию во многом зависит от толщины режущей кромки. Практически идеально острую кромку создать невозможно, она всегда имеет большее или меньшее затупление. При внедрении затупленной режущей кромки в грунт возникает ядро 4 уплотнения. Чем толще затупленная режущая кромка, тем больше ядро уплотнения и тем большее усилие необходимо приложить для вдавливания режущей кромки в грунт. Поэтому чем острее режущая кромка и чем она тоньше по сравнению с толщиной снимаемой стружки, тем ниже сопротивление резанию. По этой причине режущие кромки ковшей и зубья изготовляют острыми из прочных износостойких сталей, а в процессе эксплуатации следят за своевременной их заточкой и заменой. Скорость затупления режущих кромок зависит от их конструкции, которая должна предусматривать их самозаточку в процессе работы, а также от расположения наплавки твердым сплавом. При наплавке с двух сторон тупится острие режущей кромки и внедрение ее в грунт затрудняется. При наплавке только верхней грани износ идет по нижней не наплавленной грани и по мере изнашивания режущая кромка заостряется, т. е. обеспечивается самозаточка режущей кромки.

Цепной бесковшовый рабочий орган представляет собой режущие элементы, закрепленные непосредственно на цепи. При работе этим рабочим органом грунт срезается режущими элементами и увлекается ими вверх вдоль забоя. В результате движения режущих элементов образуется поток грунта, поднимающийся со скоростьюvг, несколько меньшей, чем скорость цепиvц, но толщиной h1, большей, чем толщина h срезаемой стружки.

При этом производительность экскаватора П = vцbh-vгbh,

где b - ширина снимаемой стружки.

Отсюда vцh=vгh1, или h=h1 (vг/vц).

Расчет экскаватора ЭТЦ-165А.

Определение основных параметров двигателя

Баланс мощности при копаниис.19,2:

,

где=0,9 - коэффициент снижения выходной мощности двигателя;

- мощность привода рабочего органа, кВт;

- мощность привода конвейера, кВт;

- мощность на привод передвижения при рабочем ходе, кВт;

- мощность на систему управления, кВт.

На первой стадии проектирования машины рекомендуется мощность определять

, ,

где0,05 - эмпирический коэффициент пропорциональности, кВт•ч/м3; ПТ - техническая производительность экскаватора м3/ч;

- КПД привод конвейера.

кВт.



Мощность привода рабочего органа складывается из мощности на копание грунта и подъема грунта до точки разгрузки

,

,

где=400000 Н•м/м3 - удельная работа копания рабочим органом;

- КПД рабочего органа.

кВт.

,

где ho - расстояние от уровня стоянки экскаватора до уровня разгрузки, м;

- средняя плотность грунта, Н/м3;

hцт=0,5h=0,5•1,6=0,8 м - высота подъема.

кВт.

кВт.

кВт.

кВт.

Рабочая скорость экскаватора

,



Машина рассматривается в двух режимах работы:

транспортном (без использования рабочего органа);

рабочем (производство работ).

Сопротивление от передвижения машины:

Рf=GMf,

где f - коэффициент сопротивления перемещению из табл. 12(с.37, 1).

GM- общий вес машины, Н.

GM= 6200•9,8=60 кН.

Рf=60•0,06=3,6 кН.

Мощность на преодоление сил сопротивления при передвижении машины

,

где - скорость передвижения машины, м/с.

Мощность двигателя машины считается для максимальной скорости движения с учетом коэффициента полезного действия трансмиссии

40 кВт.

Расчет параметров рабочего органа

В связи с тем, что разгрузка скребков производится под действием сил тяжести, скорость цепи принимается равной 0,8…1,2 м/с. Число ссыпок ковшей в минуту рекомендуется брать для цепных экскаваторов пс=40…60.

Шаг расстановки скребков определяется



=0,8 м.

Объем грунта, заполняющего скребком

=20л

где KН=1,1- коэффициент наполнения из табл. 11(с.37, 1);
KР=1,2- коэффициент разрыхления грунта из табл. 11(с.37, 1).
Параметры скребка приблизительно можно выбрать следующим образом:

ширина bc= 0,9b = 0,9•0,3=0,27 м, где b - ширина траншеи.

Высота скребка hc=0,5lc,

где lc - длина скребка. траншейный экскаватор трактор трансмиссия

,

hc=0,5•0,38=0,19м.

Длина рамы рабочего органа lр определяется из условия возможности разработки на заданной глубине h и выгрузки грунта на определенной высоте ho

,

где - диаметр звездочки.

,



где =6…10 - число зубьев звездочки.

,

,

Длина цепи

Расчет элементов гидропривода

К гидравлическим машинам относятся насосы и гидромоторы. Насосы преобразуют механическую энергию привода в энергию потока рабочей жидкости; гидромоторы преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую, осуществляя вращение приводных валов механизмов.

Насосы характеризуют развиваемым давлением и подачей (производительностью). Развиваемое насосом давление Р = Рр+Рс, где
РР - сопротивление в исполнительном механизме (гидроцилиндре, гидромоторе);

Рс - сопротивление в трубопроводах и аппаратуре управления при прохождении рабочей жидкости.

При этом сопротивление на отдельном участке потока Рс=(v2/2g) (l/d), где - коэффициент гидравлического трения; v - скорость движения рабочей жидкости; l- длина участка, на котором определяют потери; g - ускорение свободного падения; d- внутренний диаметр трубопровода.

Скорости движения рабочей жидкости в напорных трубопроводах не должны превышать 3-6, в сливных - 2 м/с.

Сопротивление движению потока рабочей жидкости пропорционально квадрату скорости, а скорость обратно пропорциональна диаметру трубопровода. Таким образом, при данной подаче насоса уменьшение площади сечения трубопровода ведет к резкому повышению сопротивления движению потока.

При оценке сопротивлений в трубопроводе (кроме указанных
потерь давления на длине трубопровода) учитывают дополнительные потери в местах изгиба или сужения трубопровода.

Большие сопротивления во всасывающем трубопроводе могут
привести к подсосу воздуха и ненормальной работе гидравлической системы, поэтому скорость потока во всасывающем трубопроводе не должна превышать 1м/с.

Учитывая изложенное, категорически запрещается заменять
шланги и трубы более тонкими, с резкими изгибами и дефектами, мешающими свободному потоку жидкости.

Требуемая сила на гидроцилиндре=1,2•60=72 кН.

Подъем-опускание отвала производится двумя гидроцилиндрами; удельное давление в гидросистеме Рном= 16 МПа; ход шток определен графически по известным величинам подъема и опускания отвалаLход; скорость движения поршня гидроцилиндра определена требуемой скоростью подъема-опускания отвала = 0,25 м/с.

По заданным величинам Рц и Рн определим диаметр гидроцилиндра в м:

,

где Рном = (0,8 ... 0,9)Рном, - перепад давления на гидроцилиндре; .

- гидромеханический кпд гидроцилиндра;

= 0,9 ... 0,95.

Рном = (0,8 ... 0,9)16= 12,8 МПа



.

Принимаем диаметр гидроцилиндра 100 мм.

Производительность насоса, м3/c:

,

где z - число цилиндров, работающих в системе одновременно (2);

dц - диаметр цилиндра, м;

- скорость движения поршня; = 0,25 м/с.

м3/c

Мощность привода насоса, кВт:

,

где Q - производительность насоса, м3/с;

- кпд насоса; = 0,8.

кВт.

Главные параметры распределителей, фильтров, клапанов
подбираются по пропускной способности (производительности) насоса Q.

Полезный объем бака определяется по формуле, м3 :

Vпол = (2 ... 3) Q= (2 ... 3)0,004= 0,008 м3,

где Q - производительность насоса, м3/с.

Диаметр трубопровода определяется по формуле:

,

где - условный проход (внутренний диаметр) трубопровода, м;

- скорость потока в трубопроводе.

=0,035м.

Расчет машины на устойчивость

Показателем устойчивости машины является коэффициент
устойчивости, представляющий отношение моментов удержи-
вающихк моментам опрокидывающим,

.

Кроме этого возможны случаи утраты способности работать - протаскивание машины, потеря способности передвигаться.

Рассмотрим транспортный режим машины в двух случаях:
- движение на подъем;

- движение на площадке с углом крена.

В первом случае (рис. 3,а) силы веса машины раскладываем
на вертикальную составляющую GВ=GM cos и на горизонтальную составляющую Gг=GMsin.

Сила Gг содействует опрокидыванию машины относительно
точки А, а сила GВ удерживает ее в равновесии.

Определим критический угол подъема площадки, т е. такое
его значение, когда = .

,

, ,

=arctg=не менее 200

Аналогично, при движении на площадке с углом крена определяем критическое значение угла крена

, GВ=

GМcos= GMsin,

, =arctg=не менее 300

Рис.3. Схема к расчету устойчивости машин:

а - при движении на подъем, б- на площадке с угол крена.

Определение производительности

Производительность бульдозера на землеройно-транспортных работах определяется количеством разработанного грунта в кубических метрах за единицу времени.

Различают техническую и эксплуатационную производительность бульдозера. Технической производительностью бульдозера называют наибольший объем грунта, который машина может разработать и переместить за 1 ч работы при самых благоприятных условиях.

Техническую производительность ПТ (м3/ч) определяют по формуле

ПТ = 0,06qnKН/KР,

где q - объем призмы волочения, м3;

KН=1,1- коэффициент наполнения из табл. 11(с.37, 1);

KР=1,2- коэффициент разрыхления грунта из табл. 11(с.37, 1);

n - число ссыпок;

=60.

ПТ = 0,06•20•60•1,1/1,2 =70 м3/ч.

Мероприятия по охране труда и техники безопасности

Основными задачами службы охраны труда являются:

организация работы по ликвидации причин производственного травматизма;

осуществление контроля за работой производственных и технических служб по улучшению условий труда;

совершенствование техники безопасности и средств защиты;

разработка и осуществление организационно-технических и санитарно-гигиенических мероприятий по предупреждению производственного травматизма и профессиональных заболеваний.

Нарушение требований безопасности труда может повлечь за
собой тяжелые последствия, которые выражаются в повреждениях и выхода из строя машин, а также в несчастных случаях.

За соблюдение требований безопасности труда и противопожарных мероприятий отвечает машинист, распоряжения которого обязательны для всех членов бригады, а также для обслуживающего персонала. При комплексной механизации производственного процесса машинист должен знать требования безопасности труда на всех машинах, участвующих в комплексе.

К работе на экскаваторах допускаются лица, имеющие профессиональные навыки, прошедшие обучение безопасным методам и приемам выполнения работ и получившие соответствующие удостоверения.

Машинистами могут работать лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование.

Обучение производится в профессионально-технических училищах, учебных комбинатах, на курсах, располагающих соответствующей производственной базой для практического обучения, и на заводах-изготовителях экскаваторов (в случае освоения новых типов машин). Для приобретения практических навыков будущие машинисты проходят производственное обучение (стажировку) под руководством квалифицированных специалистов. После обучения и прохождения производственной практики проводится аттестация машиниста квалификационной комиссией по месту обучения.

В удостоверении машиниста указывают тип машины, к управлению которой он допущен. Назначение на работу машиниста экскаватора оформляют приказом по организации (предприятию), на балансе которой находится экскаватор.

При переводе машиниста с одного типа машины на другой проводят дополнительное обучение по сокращенной программе и аттестацию. При переводе с одной модели экскаватора на другой одного и того же типа дополнительного обучения не требуется. В этом случае машинист знакомится с особенностями машины и проходит стажировку в течение нескольких смен, после чего при-ступает к самостоятельной работе.

В соответствии с действующими правилами помимо обучения проводят инструктажи машинистов по безопасным приемам работы: вводный (при приеме на работу) и на рабочем месте (непосредственно на участке).

В задачи вводного инструктажа входит ознакомление вновь поступающего работника с правилами внутреннего трудового распорядка и общими требованиями безопасности.

Инструктаж на рабочем месте проводит инженерно-технический работник, в непосредственное подчинение которого направляется рабочий. Инструктаж проводят в форме беседы с практическим показом безопасных приемов работы и подробным разбором конкретных примеров из практики производственной деятельности организации. Инструктаж на рабочем месте (производственный инструктаж) подразделяется на первичный, повторный и внеочередной.

Первичный инструктаж проводят при допуске вновь принятого рабочего к управлению, техническому обслуживанию и ремонту машин и оборудования. При проведении первичного инструктажа рабочего подробно знакомят с конструктивными особенностями машины, на которой он должен работать; с условиями безопасной работы при управлении, осмотрах, смазывании, со сроками и объемами проведения технических обслуживаний; с правилами запуска двигателя и заправки горючим; со способами устранения основных неисправностей и выполнения регулировок; с мерами безопасности при замене рабочего оборудования и сцепке машин при буксировке; с приборами безопасности, предохранительными устройствами, защитными приспособлениями (ограждениями) средствами сигнализации, аварийным освещением, их назначением и правилами пользования; с правилами погрузки машин на транспортные средства, передвижения собственным ходом и на буксире с особенностями эксплуатации в различных производственных условиях и зимой.

Повторный инструктаж проходят на рабочем месте все рабочие независимо от квалификации и стажа работы по данной профессии не реже одного раза в 3 мес. Повторный инструктаж по безопасным приемам работы проводят по программе первичного инструктажа. Его цель - периодическое напоминание рабочему о безопасных приемах и методах труда. Инструктирующий должен убедиться в знании и правильном усвоении рабочим требований техники безопасности труда на рабочем месте.

Внеочередной инструктаж проводят при переводе машиниста на машину другой марки (модели), при изменении условий или характера работы, замене рабочего оборудования; при выдаче наряда-допуска на опасные работы; при нарушении рабочим требований безопасности труда или при несчастном случае, связанным с эксплуатацией машин и оборудования.

Инструктирование рабочего заканчивается практической проверкой освоения им безопасных приемов и способов работы на рабочем месте в конкретных производственных условиях.

Инженерно-технический работник, проводивший инструктаж, не должен допускать рабочего к самостоятельной работе, если последний не усвоил безопасных приемов и методов выполнения порученной работы. О проведении инструктажа на рабочем месте (первичного, повторного, внеочередного) делают запись в журнале.

Машинист и помощник машиниста во время работы должны быть в рабочей одежде, застегнутой на все пуговицы. Волосы должны быть заправлены в головной убор. Женщины должны работать в комбинезонах.

Машинист обязан поддерживать чистоту на экскаваторе, весь необходимый инвентарь и инструмент хранить в специально отведенном для этого месте. Хранить в кабине посторонние предметы недопустимо, так как это затрудняет управление экскаватором и может вызвать аварию.

Перед началом работ машинист получает точные указания о порядке выполнения нового задания и соблюдении при этом необходимых мер предосторожности, тщательно осматривает и проверяет экскаватор: состояние зубчатых передач; затяжку болтовых соединений; регулировку тормозов и фрикционов; состояние канатов и их заделку; наличие воды в системе охлаждения, топлива, рабочей жидкости и смазочных материалов; надежность ограждений всех движущихся частей механизмов; отсутствие течи в гидросистеме; исправность органов управления и контрольных приборов.

Обнаруженные при осмотре неисправности машинист по возможности устраняет или, если он не в состоянии этого сделать, сообщает об этом руководителю работ. Работа на неисправном экскаваторе категорически запрещается!

Рабочая площадка должна быть освобождена от посторонних предметов, мешающих работе. В ряде случаев бывает необходимо выполнить подготовительные работы: очистить участок от мелколесья, кустарника, выкорчевать пни, убрать валуны, разрыхлить грунт. Подготовительные работы выполняют механизированным способом, используя корчеватели, кусторезы и рыхлители.

Пуск двигателя производят при нейтральном положении рычагов управления.

Перед включением механизмов машинист должен убедиться в отсутствии людей в зоне работы экскаватора и во всех случаях обязан подать предупредительный звуковой сигнал.

В процессе работы запрещается:

смазывать и ремонтировать экскаватор;

покидать кабину во время работы экскаватора, а также отлучаться от экскаватора при работающем двигателе;

передавать управление экскаватором другим лицам:

подтягивать крепления и соединения во время работы гидравлического привода и запускать его без необходимого количества рабочей жидкости в баке;

работать в ночное время без нормального освещения кабины, забоя и места выгрузки грунта;

работать при неисправном гидроприводе, снятых или неисправных ограждениях и измерительных приборах, а также при температуре рабочей жидкости, превышающей значения, указанные в техническом описании и инструкции по эксплуатации.

Необходимо четко знать границы опасной зоны при работе экскаваторов. Для траншейных экскаваторов опасной зоной является сама траншея, зона возможного обрушения грунта при разработке траншей с вертикальными стенками, а также пространство на расстоянии не менее 5 м от конвейера и перед экскаватором в направлении движения.

Для экскаваторов-каналокопателей опасным является пространство на расстоянии менее 5 м от рабочих органов, конвейеров и перед машиной.

Правилами технической эксплуатации электроустановок вдоль воздушных линий электропередач (ЛЭП) установлены охранные зоны, в которых работа экскаваторов запрещена.

В охранной зоне линий электропередач запрещается также устраивать стоянку машин без письменного разрешения организации, эксплуатирующей эту линию.

Для работы экскаватором в охранной зоне линии электропередач получают наряд-допуск (которым определяется порядок без-опасного выполнения работ), подписанный главным инженером или главным энергетиком организации, эксплуатирующей эту линию, и все виды работ выполняют под непосредственным руководством инженерно-технического работника, фамилия которого указывается в наряде-допуске.

При разработке выемок без креплений строго соблюдают требования, предъявляемые к крутизне откосов.

При глубине выемки свыше 5 м крутизну откоса устанавливают расчетом, который должен быть приложен к технологической карте или проекту производства земляных работ. Необходимо иметь в виду, что некоторые грунты (например, песок, лёсс ) в естественном состоянии устойчивы при определенной крутизне откоса, но при переувлажнении они теряют устойчивость и начинают «течь» (песок) или разрушаться (лёсс).

За состоянием отрытых траншей и котлованов с вертикальными стенками устанавливают постоянный контроль. При обнаружении признаков потери устойчивости стенок в опасном месте ставят крепления или обрушают грунт. Движение автомобильного транспорта и других машин в пределах призмы обрушения не допускается.

Перед началом движения необходимо убедиться в том, что убран инструмент, закрыты капоты, на гусеницах, под и перед экскаватором отсутствуют посторонние предметы. Следует внимательно осмотреть путь движения экскаватора и подать предупреждающий сигнал о начале движения.

Запрещается сходить с экскаватора и садиться в него во время движения на транспортных скоростях.

Спускаться под уклон разрешается только на первой транспортной скорости или на рабочих скоростях. При преодолении крутых спусков запрещается выключать ходовой механизм. Запрещается езда поперек склонов, а также преодоление уклонов и подъемов, крутизна которых превышает указанные в паспорте машины.

Переезд экскаватора через уложенные на поверхности земли трубопроводы, кабели, железнодорожные пути и прочие препятствия должен производиться с устройством мостков или настила, высота которого должна быть выше препятствия.

При движении по улицам и дорогам необходимо строго руководствоваться Правилами дорожного движения.

Все операции, связанные с проведением технического обслуживания, выполняют при выключенном двигателе. Площадку для ремонтных и монтажных работ освобождают от посторонних предметов и выравнивают.

Ходовую часть затормаживают и под гусеницы или колеса подкладывают упоры. Рабочее оборудование опускают на грунт или на надежные устойчивые подкладки. Применяемые подставки, упоры, шпальные клетки, козлы должны быть достаточно прочными.

Ремонтно-монтажные работы запрещается выполнять при отсутствии надлежащего ограждения, в непосредственной близости от открытых движущихся частей механических установок, а также вблизи электрических проводов и оборудования, находящихся под напряжением.

Противопожарные мероприятия и оказание первой помощи.

При работе и обслуживании экскаватора приходится иметь дело с легковоспламеняющимися материалами (бензин, дизельное топливо, керосин, смазочные и обтирочные материалы и др.). Горючие материалы легко испаряются и, перемешиваясь с воздухом, образуют взрывчатые смеси. Воспламенение и взрыв такой смеси возможны от искры или нагрева.

Противопожарные мероприятия подразделяют на предупреди-тельные и мероприятия по тушению загоревшихся материалов.

Предупредительные мероприятия направлены на предупреждение возможности возгорания. Топливо, смазочные и обтирочные материалы хранят с соблюдением всех противопожарных правил, запрещается хранить их в кабине и кузове экскаватора. Временные склады топливо-смазочных материалов должны находиться на расстоянии не менее 20 м от места работы экскаватора.

Выдача топлива должна производиться при дневном или электрическом освещении. Курение, пользование спичками и открытым огнем в местах хранения топливо-смазочных материалов, при заправке и осмотре экскаватора категорически запрещается.

Бочки с бензином и дизельным топливом следует открывать специальными ключами. Запрещается открывать бочки, ударяя по пробкам металлическими предметами. После заправки топливные баки тщательно протирают, а горловины закрывают пробками.

При прогреве двигателя зимой запрещается пользоваться открытым огнем. На экскаваторе запрещается разжигать паяльные лампы, факелы и т. п.

Хранение спецодежды допускается только в специально предназначенном для этого месте. Нельзя оставлять спецодежду после работы в кабине, кузове, на верстаках.

Мероприятия по тушению пожара определяются правилами тушения загоревшихся материалов. Различные материалы следует тушить по-разному. Водой можно тушить загоревшиеся деревянные предметы, хлопчатобумажные изделия, твердое топливо. Жидкое топливо - смазочные материалы тушить водой нельзя, так как они легче воды и продолжают гореть, всплывая на поверхность. Образующиеся при этом водяные пары уносят частицы горючего, способствуя распространению пламени. Загоревшееся топливо и смазочные материалы следует тушить, применяя огнетушители, песок или накрывая очаг пламени брезентом.

На экскаваторе должны быть огнетушитель, ведра, лопата и лом. Приборы пожаротушения необходимо всегда содержать в исправном состоянии, к ним должен быть обеспечен свободный доступ.

Воспламенившиеся провода или электрооборудование необходимо немедленно обесточить и только после этого приступать к тушению. При невозможности быстро снять напряжение следует принять меры предосторожности от поражения электрическим током.

Площадки для хранения машин должны быть расположены на расстоянии не менее 50 м от жилых, складских и производственных помещений и не менее 150 м от мест хранения топливо смазочных материалов. Места хранения машин должны быть обеспечены необходимым набором исправного противопожарного оборудования и инвентаря.

На экскаваторе должна быть аптечка. При несчастном случае пострадавшему оказывают первую доврачебную медицинскую помощь, вызывают врача и направляют в ближайшее лечебное учреждение.

Обслуживающий персонал должен знать, каким образом с места работы вызвать врача и как доставить пострадавшего в лечебное учреждение.

В случае повреждения кожи или появления кровотечения дезинфицируют рану и накладывают ватно-марлевую повязку. Нельзя промывать рану водой, засыпать порошком, покрывать мазями, таккак это препятствует ее заживлению; нельзя стирать с раны песок, землю (можно глубже втереть грязь и вызвать заражение), удалять из раны сгустки крови (можно вызвать сильное кровотечение), заматывать рану изоляционной лентой.

При сильном кровотечении закрывают рану перевязочным материалом, придавливают сверху и выдерживают в течении4 - 5 мин. Если кровотечение не останавливается, применяют сдавливание кровеносных сосудов, питающих раненую область, сгибанием конечностей в суставах, а также пальцами, жгутом или закруткой. Во всех случаях сильных кровотечений срочно вызывают врача.

При всех видах ожогов с пострадавшего снимают одежду и обувь, перевязывают рану и направляют его в больницу. При ожогах, вызванных кислотами, пораженное место немедленно промывают струей воды, затем 5 % раствором марганцовокислого калия или 10% раствором питьевой соды (одна чайная ложка на стакан воды) и накладывают марлю, пропитанную растительным маслом и известковой водой (в равном отношении). В случае ожога едкими щелочами (каустической содой, негашеной известью) пораженное место промывают струей воды в течение 10- 15 мин, затем слабым раствором уксусной кислоты (3-6 %) или раствором борной кислоты (одна чайная ложка на стакан воды) и накладывают марлю, пропитанную 5 % раствором уксусной кислоты.

При попадании под провода или токоведущие части, находящиеся под напряжением, пострадавшего как можно быстрее освобождают от действия электрического тока. При этом необходимо иметь в виду, что прикасаться к человеку, находящемуся под током, без соблюдения надлежащих мер предосторожности опасно для жизни. Для освобождения пострадавшего от токоведущих частей или провода следует пользоваться сухой одеждой, палкой, доской или каким-либо другим сухим предметом, не проводящим электрический ток. Использовать для этих целей металлические или мокрые предметы не допускается.

Если невозможно освободить пострадавшего от действия токоведущих частей, перерубают провода топором с сухой деревянной ручкой или другим соответствующим изолированным предметом. После освобождения пострадавшего от электрического тока вызывают врача. Если пострадавший находится в сознании, его укладывают в удобное положение и обеспечивают полный покой до прибытия врача.

Если пострадавший без сознания, но с сохранившимся устойчивым дыханием и пульсом, его удобно укладывают, расстегивают одежду, обеспечивают приток свежего воздуха, дают понюхать нашатырный спирт, обрызгивают водой. При нарушении дыхания делают искусственное дыхание и массаж сердца и обязательно срочно вызывают врача.

Под охраной природы подразумевается совокупность мероприятий направленных на рациональное использование природных ресурсов и на предотвращение загрязнения окружающей среды.

Большое внимание следует уделять охране природы в процессе земляных работ. При подготовке трассы земляного сооружения (дороги, траншеи, канала) и очистке ее от леса и кустарника, необходимо максимально возможно сохранять лесной массив. Ширина трассы должна быть минимальной по условиям производства работ.

В соответствии с действующим законодательством строительные организации, работающие на сельскохозяйственных землях и лесных угодьях, в ходе строительства или в течение года после его завершения, должны приводить эти земли в состояние, пригодное для дальнейшего использования -рекультивировать. Для этого по всей ширине трассы (строительной полосы) до начала основных землях работ плодородный слой грунта (почва) снимают и укладывают во временные отвалы. При рекультивации плодородный слой грунта должен быть восстановлен.

Машинисты экскаваторов должны постоянно бороться за снижение загазованности и запыленности воздуха, уменьшение шума, загрязнения водных бассейнов, бережно относиться к сохранению растительности.

Загазованность воздуха возникает в результате выброса выхлопных газов дизеля. содержащих вредные токсичные вещества: ядовитые (окись углерода и соединения свинца) и раздражающие (окислы азота и сернистые соединения). Содержание вредных примесей в выхлопных газах может быть уменьшено в результате полного сгорания дизельного топлива, правильной эксплуатации и регулировки топливной аппаратуры и очистных устройств, уменьшения холостой работы дизеля.

Запыленность воздуха происходит при транспортировании экскаваторов и разработке пылящих грунтов. Уменьшению запыленности способствуют соблюдение правил подготовки строительной полосы к эксплуатации, современное техническое обслуживание рабочего оборудования экскаваторов, применение специальных приемов разработки и транспортирования грунта.

Шум возникает от работающих машин и при подаче машинистом звуковых сигналов. Создаваемый шум распространяется на прилетающие территории, мешая производительному труду работающих. Необходимо регулировать силу звуковых сигналов, применять исправные глушители, своевременно проводить техническое обслуживание и ремонт машин.

Загрязнение водных бассейнов может происходить при мойке и заправке экскаваторов. Следует организовать механизированную заправку топливом и рабочей жидкостью, собирать отработанные масла и рабочую жидкость и отправлять их на регенерацию. Запрещается мыть машины в водоемах или вблизи них.