Расчет одноковшового гидравлического экскаватора

Определение линейных размеров и масс узлов экскаватора. Силовая установка и выбор привода двигателя. Расчет гидромеханизмов обратной лопаты. Производительность и себестоимость разработки грунта. Устойчивость экскаватора при оборудовании обратной лопатой.

Рубрика Транспорт
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 13.05.2015
Размер файла 334,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Кафедра "Подъемно - транспортные, строительные, дорожные, мелиоративные машины и оборудование"

Пояснительная записка

к курсовой роботе по дисциплине "Машины для земляных работ"

на тему "Расчет одноковшового гидравлического экскаватора"

Макеевка 2010

Содержание

Введение

1. Определение линейных размеров и масс узлов экскаватора

2. Силовая установка. Выбор привода двигателя

3. Расчет гидромеханизмов обратной лопаты

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

5. Определение максимальных нагрузок на рабочее оборудование обратной лопаты

6. Расчет на прочность элементов рабочего оборудования

7. Устойчивость экскаватора при оборудовании обратной лопатой

8. Определение производительности и себестоимости разработки 1 м3 грунта

Литература

экскаватор двигатель гидромеханизм лопата

Введение

Земляные работы занимают большое место в строительстве, причем более половины объема работ выполняется одноковшовыми строительными экскаваторами.

Значение этих машин велико также и в других отраслях народного хозяйства, где их используют не только на погрузке и разгрузке различных материалов и монтаже конструкций, но и при выполнении мелиоративных, ирригационных, сельскохозяйственных, коммунальных и других работ.

От качества одноковшовых экскаваторов, от затрат на их изготовление и эксплуатацию во многом зависит и стоимость производимых ими работ.

В последние годы широкое распространение получили универсальные экскаваторы с гидравлическим приводом.

В поисках новых технических средств при создании универсальных экскаваторов в последнее время особое внимание обращено на объемные гидравлические передачи, которые позволяют осуществить разветвление и дистанционную передачу энергии, освобождают элементы машин от механических связей, создавая основу независимого изменения рабочих скоростей и регулирования рабочего процесса.

С помощью объемных гидропередач можно проще и в более широких пределах бесступенчато регулировать скорость; они не требуют для своего изготовления дефицитных материалов, позволяют без механического преобразования получить. любой вид движения (поступательное, вращательное, колебательное).

Если учесть, что объемные гидропередачи отличаются высокой перегрузочной способностью, малой инерционностью, восприимчивостью к автоматизации, то с их применением одноковшовые экскаваторы приобретают, новые технические качества, не доступные для машин с механическими трансмиссиями.

1. Определение линейных размеров и масс узлов экскаватора

По исходным параметрам, указанным в задании на проектирование, определяем остальные параметры экскаватора, используя зависимости, установленные на основании аналитических и экспериментальных исследований, статистических материалов и законов подобия [3-6].

Габаритные размеры экскаватора и рабочего оборудования

Продольная база (опорная длина гусениц), высота гусеничного хода и ширина гусеничной ленты, м:

,

;

где m =28,5 - масса экскаватора, т.

Ширину В гусеничного хода рекомендуется принимать в зависимости от продольной базы Б:

,

Радиус Rx хвостовой части поворотной платформы определяют из условия незадевания платформой отвала грунта, основание которого удалено от опорного контура машины на расстояние .

В этом случае

,

где - просвет (зазор) между гусеницей и поворотной платформой.

Диаметр опорно-поворотного круга, м:

Радиус ковша, т.е. расстояние между осью шарнира крепления ковша к рукояти и острием среднего зуба, м:

,

где q - вместимость ковша проектируемого экскаватора, м3.

Ширина ковша, м:

или

Длина рукояти, т.е. расстояние между осями шарниров крепления ковша к рукояти и рукояти к стреле, м:

Определение массы узлов экскаватора

Массу составляющих узлов проектируемого экскаватора известной конструкции можно ориентировочно определить исходя из геометрического подобия проектируемого и изготовленного экскаваторов:

За аналог взят одноковшовый экскаватор ЭО-3122

где - масса платформы действующего экскаватора;

- масса ходовой части действующего экскаватора;

- масса рабочего оборудования действующего экскаватора;

Массы узлов проректируемого экскаватора:

- платформа

- стрела

- рукоять

- ковш

- ходовая часть

Масса проектируемого экскаватора

.

2. Силовая установка. Выбор приводного двигателя

Силовая установка гидравлического одноковшового экскаватора состоит из приводного двигателя, раздаточной коробки и спаренных гидронасосов. При включении двигателя напорная магистраль через гидрораспределители соединена со сливом и насосы работают вхолостую. Насосы через раздаточную коробку вращаются с одинаковой частотой. Подача жидкости насосами регулируется автоматически в зависимости от нагрузки с помощью регулятора мощности. При увеличении давления в напорной магистрали одного из насосов снижается подача рабочей жидкости обоими насосами одновременно. Причем на более нагруженном насосе развивается большее давление и соответственно реализуется большая мощность. Следовательно, приводная мощность автоматически сохраняется постоянной, а величина потока и давление изменяются, что вызывает, изменение рабочих усилий и скоростей.

Автоматический регулятор мощности выполнен в виде гидравлического сервопривода, к которому подается давление от напорных гидролиний обоих насосов.

Необходимую мощность силовой установки определяют по удельной энергоемкости процесса копания и заданной секундной технической производительности экскаватора.

Производительность экскаватора, м3/с:

где kн=1,1; kp=1,25 - коэффициент соответственно наполнения ковша и разрыхления грунта;

При разработке грунтов III-IV категории экскаваторами с ковшами вместимостью 0,25...I м3 время копания можно определять по эмпирической зависимости

Для определения мощности силовой установки по удельной энергоемкости копания используют принцип равенства мощности, развиваемой насосами и реализуемой в процесса копания, из которого следует

где kуд - удельная энергоемкость копания, кНм/м3;

- КПД соответственно рабочего оборудования и привода, рекомендуется принимать ;

ky - коэффициент использования мощности насосной установки в процессе копания, рекомендуется принимать .

Поскольку в формуле не учтены затраты энергии на преодоление сил тяжести рабочего оборудования и грунта, КПД рабочего оборудования следует принимать в пределах .

На основании экспериментальных данных энергоемкость копания поворотом ковша рекомендуется принимать

.

Использование методики общего расчета экскаваторов с гидроприводом проиллюстрируем примером, исходные данные для которого указываются по мере их использования.

Исходя из этой мощности выбираем дизельный двигатель марки АО1М мощностью 95,6 кВт при частоте вращения выходного вала 28,4 об/с.

В дальнейших расчетах проверим достаточность установленной мощности для совмещения операций, обеспечения требуемой динамика поворота и необходимых ходовых качеств экскаватора.

3. Расчет гидромеханизмов обратной лопаты

Стрелоподъемный механизм

Допустимые (по параметрам опорно-поворотного и ходового устройства) значения расстояний до оси шарнира крепления корпуса гидроцилиндра к поворотной платформе

где , - ориентировочное расстояние соответственно от оси опорно-поворотного круга и от уровня стоянки экскаватора до оси проушины корпуса гидроцилиндра; hпл - высота платформы, hпл.=0,15…0,25 м, принимаем 0,2 м.

Расстояние по вертикали от уровня стоянки экскаватора до оси поворота стрелы

где - высота выгрузки;

- глубина копания.

Расчетные параметры гидроцилиндра, которые необходимы для его выбора по нормали, рекомендуется определять по ориентировочным значениям угла установки и длины неподвижного звена, полного угла поворота стрелы и длины плеча усилия, развиваемого на штоке гидроцилиндра.

Принимаем угол (для отечественных и некоторых зарубежных экскаваторов в=37…45є) и определяем ориентировочную длину неподвижного звена

Расчетный ход поршня по приближенной зависимости

Ориентируемся на близкое к вертикальному направлению (µ=90є) оси гидроцилиндра с полностью выдвинутым штоком, тогда расстояние от оси поворота стрелы до оси гидроцилиндра, т.е. длина плеча усилия на штоке

Определяем момент от сил тяжести рабочего оборудования с груженым ковшом при условии, что приведенная к головке масса стрелы составляет

Расчетный диаметр гидроцилиндра

По диаметру Dр, и ходу поршня Sp выбираем ( прил. 2) гидроцилиндр: D=90 мм, S=1120 мм, S0=320 мм, ш=1,65, для которого

SH==1,44 м;

Sк==2,56 м.

При использовании в стрелоподъемных механизмах гидроцилиндров с ш=1,65 и насосов с диапазоном регулирования n=1...2,5 для ограничения максимальных динамических нагрузок в цилиндре рекомендуются углы давления гн=70,6°, гн=74,6°.

Поскольку в дальнейших расчетах используются продольные размеры выбранного гидроцилиндра и рекомендуемые значения углов давления в крайних положениях штока, ориентировочные значения принятых ранее параметров будут уточнены, т.е. увязаны с размерами гидроцилиндра.

По параметрам выбранного гидроцилиндра и принятым значениям углов давления радиус коромысла

Полный угол поворота ведомого звена (стрелы)

Начальный угол отклонения ведомого звена

Длина неподвижного звена

Для проверки вычислений по найденным линейным параметрам с,? и углу гн определим расчетную начальную и конечную длины гидроцилиндра;

С учетом точности произведенных вычислений Sнр=Sн и Sкр=Sк параметры механизма определены правильно.

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

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

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

Радиус копания на уровне оси пяты стрелы

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

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

()

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

Механизм поворота рукояти

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

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

Расчетный ход поршня

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

При копании поворотом рукояти предполагается, что ковш заполняется на пути

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

Касательная сила сопротивления грунта копанию поворотом рукояти

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

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

Расчетный диаметр поршня находим при Z=1

По диаметру Dр и ходу Sp поршня выбираем (см. прил. 2 ) гидроцилиндр (ш=1,65):

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

Исходя из обеспечения равенства углов давления и длин плеч усилия для крайних положений штока определяем параметры механизма привода рукояти при гнк=0,5 ц0=0,5?130?=65? :

Начальный угол поворота ведомого звена

Длина неподвижного звена

Длины плеч усилий, развиваемых гидроцилиндром в крайних положениях штока:

Поскольку параметры механизма были определены из условия rн=rк, расчет произведен правильно.

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

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

;

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

Механизм поворота ковша

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

Механизм поворота ковша рассчитываем в два этапа. Сначала выбираем длины звеньев ?1, ?2, ?3, ?4 из условия обеспечения необходимого угла поворота ковша относительно рукояти. Длины звеньев принимают в зависимости от радиуса ?4 шарнира ковша, который пропорционален радиусу R ковша:

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

Находим расстояние ?1 между осями шарниров ковша и рычага, закрепленного на рукояти:

Длина двуплечевого рычага

Длину тяги принимаем примерно равной радиусу шарнира ковша, т.е. ?3??4=0,61 м.

Полный угол поворота ковша (см. табл. 1 ) б0=155...1650. Минимальный угол между радиусом ?4 шарнира ковша и осью рукояти при втянутом штоке гидроцилиндра должен составлять бу =65...75°. Угол между радиусами ковша и его шарнира является конструктивной характеристикой ковша и составляет д=100°. Для расчета шестизвенного механизма поворота ковша необходимо установить значения угла цу установки и полного угла цо поворота двуплечего рычага в зависимости от принятых длины ?3 тяги, минимального бу и полного бо углов поворота ковша. Углы цу и цо можно найти графически в произвольном масштабе двух крайних положений ковша и двуплечего рычага. Углы откладывают и измеряют непосредственно по чертежу.

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

Ориентировочную длину коромысла принимаем .

Расчетный ход поршня

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

Расчетный диаметр гидроцилиндра

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

Наименьшая и наибольшая длины гидроцилиндра

Относительная характеристика гидроцилиндра:

Принимаем угол давления в конце копания гк=65?. Тогда угол давления при полностью втянутом штоке

где

Длина радиуса коромысла

Начальный угол поворота рычага

Длина неподвижного звена

Для проверки вычислений находим наименьшую длину гидроцилиндра по расчетным значениям с, ? и цн:

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

Угол установки оси неподвижного звена

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

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

Таблица 3.1. Значение параметров механизмов привода

Выбор насосной установки экскаватора

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

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

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

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

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

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

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

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

,

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

Если кромка зубьев ковша находится на продолжений оси рукояти, то rOB=R+?p; Gкr=Gк+Gr - вес ковша и грунта в ковше.

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

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

Вес грунта в ковше необходимо увеличивать по мере поворота рукояти (ковша) от G=0 в начале копания до веса грунта в конце копания, Н:

где г0 - плотность грунта в естественном его залегании, кг/м; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Приведенные формулы для определения Р01 позволяют вычислять касательное усилие на режущей кромке ковша (по усилию гидроцилиндра) после выбора координат крепления корпуса и штока гидроцилиндров. Эти формулы записаны для фиксированного угла поворота рукояти или ковша, поэтому каждому значению угла поворота соответствуют свои длины плеч действующих сил. С изменением положения рукояти или ковша в формулах для вычисления касательного усилия на режущей кромке ковша изменяются длины плеч соответствующих сил. По расчетной схеме необходимо также решить вопрос, какие знаки, "+" или "-" будут иметь моменты от сил тяжести. Касательное усилие можно определить следующим образом:

- касательное усилие поворотом рукояти

- касательное усилие поворотом ковша

По этим формулам учитывают зависимость касательного усилия от координат крепления корпуса и штока выбранного гидроцилиндра, т.е. от угла гн. С изменением угла гн изменяются координаты с и ?, а следовательно, и касательное усилие. Таким образом, оказывается целесообразным использовать ЭВМ для выявления зависимости координат с и ? от угла гн, а также касательного усилия от углов г и гн. Поскольку координаты с и ? зависят от хода поршня гидроцилиндра, а также от полного угла го поворота рукояти или ковша, с помощью ЭВМ можно установить зависимость (прил. 4 ) геометрических параметров механизмов, а затем и касательного усилия от углов гн, го,, хода S, диаметра поршня давления - Рц в гидроцилиндре.

В результате расчета получен следующий график зависимости усилия копания от угла поворота рукояти и ковша

Рисунок 4.1. Зависимость усилия копания от угла поворота рукояти

Касательное усилие на режущей кромке ковша ограничивается реактивными усилиями в неподвижных цилиндрах стрелы и ковша при копании поворотом рукояти или в неподвижных цилиндрах стрелы и рукояти при копании поворотом ковша, а также условиями устойчивости экскаватора. Поэтому реактивные усилия на штоках неподвижных гидроцилиндров определяем по известным касательным усилиям на режущей кромке ковша.

Вычислив усилия Р01 для соответствующих положений рукояти, определяем реактивные усилия на штоках неподвижных гидроцилиндров:

- стрелы

- ковша

где r - длины плеч соответствующих сил относительно точек A, C и Д ; - касательные усилия на режущей кромке ковша

; ;

вес ковша с грунтом, принимаем что ковш в этом положении заполнен на половину:

;

Вес рукояти:

;

Вес стрелы:

;

- вес соответственно ковша, рукояти, стрелы.

.

По известным усилиям Р01 для соответствующих положений ковша находим реактивные усилия на штоках неподвижных гидроцилиндров (см. рис. 4.2):

Рукояти

Cтрелы

где r измеряют непосредственно по расчетной схеме, построенной в произвольном масштабе.

По найденным реактивным усилиям определяют реактивные давления в цилиндрах стрелы, ковша и рукояти с учетом того, какая полость гидроцилиндров работает:

Стрела

Рукоять

Ковша

где Рп, Рш - реактивное давление соответственно в поршневой и штоковой полости; Fц - реактивное усилие на штоке гидроцилиндра.

Если реактивное давление превышает номинальное не менее чем в 1,2-1,5 раза, необходимо предусмотреть установку предохранительного клапана в соответствующей магистрали.

5. Определение максимальных нагрузок на рабочее оборудование обратной лопаты

Максимальные нагрузки на рабочее оборудование обратной лопаты действуют при копании поворотом ковша. При этом реактивное давление в цилиндре рукояти не может быть выше предельного значения Pmax=(1,2...1,5)PН , где PН - давление в гидроприводе.

Па

Максимальное реактивное усилие в цилиндре рукояти (при работе поршневой полостью):

.

Нагрузки на рабочее оборудование достигают максимальных значений примерно во втором положении рукояти при копании поворотом ковша примерно в четвертом положении. При этом усилие на зубьях ковша Р01 не может быть больше, чем при копании поворотом рукояти с максимальным реактивным усилием в ее цилиндре. Усилие Р01, перпендикулярное к радиусу ковша, находим при условии УМВ=0:

где Gкr - сила тяжести ковша с грунтом, наполненного на Ѕ своей вместимости.

Длину плеч сил берем из расчетной схемы. Нормальная составляющая Р02=0,2Р01.

Нагрузки на рабочее оборудование достигают максимальных значений при повороте рукояти от начального положения на 44, 9280. при этом усилие на зубьях ковша Р=53,9942кН

Усилие в тяге ковша

Активное усилие в цилиндре ковша при условии равновесия рычага:

где rцД, rТД - длина плеча силы соответственно Fцк и Т

Усилия по величине и направлению во всех шарнирах рабочего оборудования определяем графически. Для чего строим многоугольники сил по расчетной схеме приведенной в .

Получаем:

- реакцию в точке построением многоугольника сил , . Отсюда ;

- реакцию в точке С построением многоугольника сил ; ; ; . Отсюда ;

- реакцию в точке В построением многоугольника сил ; ; . Отсюда ;

- реакцию в точке А находятся построением многоугольника сил - равнодействующая сил направлена противоположно реакции . Отсюда ,

При построении многоугольников направление сил и усилий берутся со схемы, численные значение которых определены ранее. Направление реакций определяются построением. Численные значения откладываются в масштабе.

6. Расчет на прочность элементов рабочего оборудования

Цель данного раздела - разработать конструкции элементов рабочего оборудования, а также рассчитать параметры их сечений из условия прочности и надежности при действии экстремальных нагрузок. Исходными данными являются ранее выполненные расчеты по определению геометрических параметров и нагрузок в шарнирных сочленениях рассматриваемых элементов при строгом соблюдении их пространственной ориентации.

Условия работы: стрела находится в крайнем нижнем положении. На стрелу действуют максимальные внешние нагрузки, находящиеся в продольно-вертикальной осевой плоскости: - реакция шарнира стойки платформы на пяту стрелы; - усилие действия рукояти на стрелу в шарнире В ; - усилия штоков гидроцилиндров стрелы; - максимальное усилие корпуса гидроцилиндра рукояти. Весом стрелы можно пренебречь, поскольку его влияние на напряженное состояние металлоконструкции из-за распределенного характера незначительно.

В данном расчете принимается допущение об отсутствии действия на металлоконструкцию стрелы боковых нагрузок и скручивающих моментов, хотя в реальных условиях действие этих факторов необходимо учитывать.

Исходные данные: = 99,71 кН; = 323,92 кН; = 79,9774 кН; = 284,955 кН, = 2,337 м; = 6,45 м; =4,601м; =1,753м; = 0,323 м; = 86,56°; = 30,79°; = 19,44°; = 11,23°; ; ;

Под действием внешних нагрузок в сечениях стрелы возникает сложное напряженное состояние, обусловленное наличием нормальных напряжений растяжения (сжатия) и касательных напряжений сдвига. Первые возникают в результате действия осевых нагрузок и изгибающих моментов, а вторые - в результате действия поперечных сил.

Конструктивную схему стрелы выбираем по аналогии с прототипом. На основе принятой конструкции вычерчиваем расчетную схему стрелы с буквенным обозначением ее геометрических параметров и внешних нагрузок

Рисунок 6.1. Конструктивная и расчетная схема. Эпюры , и М

Расчет продольно-осевых сил. При левосторонней системе сил

кН

=

=кН

кН

Проверка:

;

кН

Ошибка не превышает 0,04%.

Расчет поперечных сил. При левосторонней системе сил

кН;

=кН;

кН

Проверяем правильность расчета:

кН.

Погрешность расчета незначительна.

Рассчитываем моменты сил, действующих в сечениях стрелы:

кН.м;

кНм

Момент справа:

По результатам расчетов строим эпюры продольно-осевых, поперечных сил и изгибающих моментов (см. рис. 7.1).

Эпюры свидетельствуют о том, что наиболее опасными по сочетанию нагрузок являются сечения Е и О.

Условие прочности по нормальным напряжениям для сечения Е:

где FE - площадь поперечного сечения E;

WZ - момент сопротивления сечения E.

По касательным напряжениям наиболее опасным является сечение E. В этом случае условие прочности определяется по формуле Журавского:

где S(y) - статический момент сечения E; b - ширина сечения;

- осевой момент инерции относительно оси рукояти E.

Для определения геометрических характеристик сечений необходимо разработать их конструкцию.Современные конструкции моноблочных стрел выполнены сварными из листовой стали 10Г2С1, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2 по ГОСТ 19282-73. Форма поперечных сечений показана на рис. 7.2, 7.3.

Рисунок 6.2. Схема сечения E и эпюры действующих напряжений:

1 - верхний пояс; 2 - стенка; 3 - косынка; 4 - цапфа; 5 - нижний пояс

Рисунок 6.3. Схема сечения О и эпюра нормальных напряжений

Значения параметров сечения E (см. рис. 9): b =0,6 м; h =0,8 м; b1 =0,58 м; t =0,016 м; t1 =0,012 м. Для сечения О (см. рис. 10): b =0,6 м; h =0,6 м; b1 =0,58 м; t = 0,016 м; t1 = 0,012 м.

Площади сечений

Статические моменты сечений

Моменты инерции рассчитываемых сечений

где , - моменты инерции стенок относительно оси Z;

, - моменты инерции относительно осей симметрии поясов Z:

, - площади поперечных сечений поясов:

Тогда

Нормальные напряжения в крайних сжатых волокнах сечения

По аналогии нормальные напряжения растяжения в сечении О.

Принимая для стрелы материал сталь 10Г2С1, имеющую мПа, видим, что геометрические параметры сечений при действующих нагрузках удовлетворяют условиям прочности.

Проверяем условие прочности по касательным напряжениям в сечении Е. Для этого строим эпюру касательных напряжений по высоте сечения.

На поверхностях поясов фЕ=0.

На внутренних поверхностях поясов

На поверхностях стенок, примыкающих к поясам,

На уровне нейтрального слоя Z

Для выбранной стали [ф]=160мПа. Следовательно, условие прочности по касательным напряжениям выполнено с существенным запасом.

Заключение. Произведенные расчеты показывают, что выбранные параметры стрелы обеспечивают ее работоспособность и удовлетворяют условиям прочности при воздействии учтенных внешних нагрузок. Имеющийся запас прочности может компенсировать действие неучтенных нагрузок (боковых сил, окручивающих моментов, динамических нагрузок и др.).

Расчета на прочность пальца шарнира креплений рукояти к стреле.

Условия работы: палец шарнира крепления рукояти к стреле выполняет функции оси и воспринимает через втулки рукояти усилие FB. Учитывая, что длина пальца невелика и зазор между втулками рукояти и стрелы составляет 0,8...1,5 мм, преобладающим условием прочности рассматриваемого шарнирного сочленения является обеспечение прочности пальца от действия срезающих нагрузок между втулками стрелы и рукояти. При этом принимается допущение, что вся нагрузка приложена в одном из двух опасных сечений B1, B2, (рис. 7.4).

Исходные данные: RB =323,92 кН; материал пальца - Сталь 45, термообработка ТВ 456; [фср] =145мПа.

Необходимо определить минимально допустимый диаметр пальца из условия прочности его сечения на срез у опоры В1 и В2.

В этом случае условие прочности

где Sn - площадь поперечного сечения пальца.

Рисунок 7.4. Конструктивная схема шарнирного сочленения рукояти со стрелой: 1 - втулка стрелы; 2 -корпус стрелы; 3 - втулка рукояти;4 - корпус шарнира; 5 - корпус рукояти; 6 - палец

Отсюда диаметр пальца

Таким образом, выбранный диаметр пальца d=80мм удовлетворяет условию прочности на срез.

7. Устойчивость экскаватора при оборудовании обратной лопатой

Устойчивость экскаватора проверяется по трем расчетным схемам.

Первое расчетное положение (рис. 7.1). Экскаватор находится на горизонтальной площадке, платформа поперек ходовой рамы, стрела на полном вылете, производится копание на уровне стоянки цилиндром поворота рукояти.

Момент сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания, относительно точки О

где GПЛ =134144кН, GХЧ = 91472,85 кН- вес соответственно поворотной платформы с механизмами и ходовой части.

Нм

Опрокидывающий момент

Плечи сил и угол ц выбираем из расчетной схемы, вычерченной в масштабе.

Усилие Р01 перпендикулярно к прямой, соединяющей зубья ковша с шарниром в крепления рукояти к стреле. Его находим из уравнения равновесия моментов относительно шарнира В при копании поворотом рукояти с номинальным давлением в системе .

Нм

Коэффициент устойчивости

В данном рабочем положении можно реализовать все усилие на зубьях ковша, которое может быть создано цилиндром рукояти.

Второе расчетное положение (рис. 7.2) соответствует повороту на выгрузку, платформа поперек рамы, ковш на вылете наибольшего радиуса выгрузки подвернут под рукоять. Уклоном площадки и инерционными силами пренебрегаем. Устойчивость проверяем, как и в первом положении, относительно точки О: Коэффициент устойчивости должен быть К = 1,1...1,15.

Момент сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания, относительно точки О

Нм

Опрокидывающий момент

Нм

Коэффициент устойчивости

Условие устойчивости выполняется.

Третье расчетное положение соответствует движению экскаватора под уклон (б=22°), стрела поднята до предела, рукоять подвернута под стрелу, ковш пустой, давление РВ=250Н/см ветра в сторону уклона. Опрокидывание возможно относительно точки О в сторону рабочего оборудования. Удерживавший момент находим как и в первом расчетном положении,

Нм

Опрокидыващий момент

,

где - момент от сил ветра; - подветренная площадь нетто соответственно кузова, кабины, ходовой и выступающей частей стрелы; - высота приложения силы ветра, равна 2/3 высоты кузова, кабины и т.д. м2; м2; м2; м2;

Нм

Нм

Коэффициент устойчивости должен быть не менее 1,2:

Коэффициент устойчивости

Условие выполняется.

8. Определение производительности и себестоимости разработки I м3 грунта

Эксплуатационная часовая производительность Пэ экскаватора

где =0,7 м3 - геометрическая вместимость ковша, м ;

- коэффициент наполнения ковша, =0,9...1,1;

=20 с - продолжительность рабочего цикла, с;

- коэффициент разрыхления грунта, = 1,15...1,4;

-коэффициент использования экскаватора по времени, = 0,6,..0,8.

Эксплуатационная сменная производительность Пэ экскаватора:

где т=8,2 ч - продолжительность смены, ч.

Себестоимость разработки I м грунта (без учета стоимости подготовительных работ)

где - планово-расчетная себестоимость I машино-ч. грн.,

где М=90842 грв - расчетная стоимость экскаватора; А=18,5%- амортизационные отчисления, %; =201 - число дней работа экскаватора в году; - число смен работы экскаватора в течение суток (планируемое для данных условий), обычно = 2; =0 - стоимость одного монтажа и демонтажа, грн.; = 226,57 грн. - стоимость транспортирования экскаваторе на данный объект с прежнего места его работы, грн.; =1028,2=164 - время работы экскаватора на данном объекте, ч при работе в две смены по 8,2 ч на протяжении 10 дней; Р=4,082 грн - затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт; В=0,742 грн. - затраты на замену и ремонт сменной оснастки; Э=4,77 грн. - затраты на энергоматериалы; 3=7,102 грн.- заработная плата машиниста.

грн/м3

Если известна сметная стоимость I маш.-смены, то себестоимость разработки I м3 грунта (без учета косвенных расходов) находят делением этой стоимости на сменную эксплуатационную производительность экскаватора.

Литература

1. Беркман И.Л., Буланов А.А., Ранев А.В., Рустанович А.В., Скворцов Г.С., Смирнов О.А./ Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом. - М.: Машиностроение, 1971. - 303 с.

2. Методическое указание к выполнению курсового проекта "Одноковшовые гидравлические экскаваторы" по дисциплине "Машины для земляных работ"/ Составители: Тимошенко В.К., Хмара Л.А., Деревянчук М.И., Кулик И.А. Днепроперовск ДИСИ 1989., 63 с.

3. Машины для земляных работ / Под ред. Ю.А. Ветрова. - К.: Выща шк., 1981. - 384 с.

4. Машины для земляных работ / Под ред. Н.Г. Гаркави. - М.: Высш шк., 1982. - 335 с.

5. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / Под ред. Е.Ю. Малиновского. - М.: Машиностроение, 1980. - 216 с.

6. Теория, конструкция и расчет строительных и дорожных машин / Под ред. Л.Н. Гобермана. - М.: Машиностроение, 1979. - 407 с.

7. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах, т.2/Под редакцией А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерекова, -4 изд.перераб. и доп. -М.:: "Машиностроение", 1985. 496с.

8. Проектирование машин для земляных работ /Под ред. А.М.Холодова.-Х,: Изд-во при Харьк. Ун-те, 1986. - 272 с.

9. Сиденко В.М., Любченко В.А. Охрана труда в дорожном строительстве. - Киев: Вища школа, 1980. - 222 с.

10. Филлипов Б.И. Охрана труда при эксплуатации строительных машин. - М.: Высшая школа, 1984. - 247 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Предварительный выбор одноковшового экскаватора. Определение условий разгрузки ковша. Расчет забоев одноковшовых экскаваторов с рабочим оборудованием "Обратная лопата" Э0–3322Д. Выбор монтажного крана. Этапы расчета производительности экскаватора.

    курсовая работа [90,5 K], добавлен 21.06.2011

  • Разработка выемок лобовым забоем экскаватором Э0-3322Б, оборудованным обратной лопатой. Технологическая схема разработки грунта экскаватором, его погрузка в автомобили-самосвалы. Схема работ экскаватора Э0-3322Б. Требования к качеству выполнения работ.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 04.11.2010

  • Машины циклического действия. Оборудование, предназначенное для разработки грунта выше уровня стоянки экскаватора. Схема работы экскаватора с обратной лопатой. Рабочее оборудование драглайн. Параметры гидравлических экскаваторов, их особенности.

    реферат [1,1 M], добавлен 23.04.2015

  • Конструктивные особенности одноковшовых экскаваторов. Области применения экскаваторов. Определение линейных размеров рабочего оборудования. Расчет основных параметров механизма передвижения. Основные пути повышения производительности экскаватора.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 11.12.2014

  • Расчет усилий резания грунта и перемещения грунта. Тяговый расчет гусеничной машины. Производительность экскаватора. Гидросистема управления навесным оборудованием. Управление тормозами механизма передвижения. Возможные неисправности гидроцилиндров.

    курсовая работа [660,4 K], добавлен 25.02.2015

  • Модернизация гидропривода одноковшового экскаватора четвертой размерной группы ЭО 4225. Влияние температуры рабочей жидкости на параметры и характеристики гидравлического привода. Тепловой и гидравлический расчеты гидропривода одноковшового экскаватора.

    дипломная работа [1,3 M], добавлен 12.09.2012

  • Определение размеров базовой части гусеничного экскаватора (объема ковша, глубины копания и высоты нагрузки), основных параметров ковша и насосно-силовой установки. Выбор типоразмеров гидроцилиндров и их привязка. Металлоконструкция рукояти и стрелы.

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 09.02.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.