Курсовой проект на тему: Расчет цепного траншейного экскаватора

3. Общий расчёт экскаватора

3.1 Определение основных параметров рабочего оборудования

Ёмкость ковша qK предварительно назначают по аналогии, с существующими конструкциями экскаваторов принимая во внимание в основном ширину отрываемой траншеи. Схема для определения размеров ковша экскаватора показана на рисунке 3.1.

Шаг ковшовой цепи lц практически принимают в зависимости от ёмкости ковша, измеряемой в литрах:

qK = 50; lц = 200 мм

Шаг ковша (расстояние между ковшами)

tk = Z · lц,

где Z – число звеньев между ковшами.

Z принимают равным 4. Предпочтительной считают четырёхзвенную цепь.

tk = 4 x 200 = 800 мм

Рисунок 3.1. Схема для определения размеров ковша экскаватора

В экскаваторах малой и средней мощности применяются преимущественно шестигранные приводные звёздочки. В мощных моделях при повышенных скоростях ковшовой цепи с целью уменьшения динамических нагрузок наравне с шестигранными используют восьмигранные звёздочки.

Внутренний радиус шестигранной звёздочки r6 равен

мм.

Высоту ковша hk принимают

мм

Радиус днища ковша rk равен

,

мм

где hц - ширина звена цепи (hц = 100 мм).

Длина ковша lk равна

мм,

геометрическая емкость экскаватора

,

где

BK - ширина ковша.

Ширину ковша принимают

,

м.

BT - где ширина траншеи, м.

При расчёте скорости движения цепи необходимо обеспечить достаточное время для падения грунта из ковша в бункер до встречи падающего грунта со следующим ковшом.

Высыпающийся грунт падает вертикально вниз, а ковш движется поступательно, параллельно оси ковшовой цепи. Встреча падающих частиц грунта с ковшом может произойти в точке B (рисунок 3.2.б).

Для обеспечения полного высыпания грунта до встречи с ковшом следует выбирать такие скорости, что бы падающие частицы грунта прошли путь y за время, меньшее, чем кромка ковша f2 - пройдёт расстояние х т.е.

,

где Vk - скорость ковшовой цепи м/с; К – опытный коэффициент запаса (К = 1,5); g = 9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести.

При шестигранной (шестизубой) приводной звездочке и углах наклона ковшовой цепи . Значения у и х с достаточной степенью точности можно определить по зависимостям:

y = 1,73 x lц,

y = 1,73 x 200 = 346 мм;

,

мм.

В современных конструкциях величина скорости цепи принимается в среднем 0,75 - 0,9 м/с, при крайних пределах – 0,5 - 1,2 м/с. При рациональной форме ковша и правильном расположении его на цепи для некоторых категорий грунтов удаётся получить уменьшение времени разгрузки ковша, что позволяет увеличить скорость цепи в отдельных случаях до 1,4 м/с.

;

21,7 > 12,6


3.2 Определение производительности экскаватора

Часовую эксплуатационную производительность определяют по формуле

м3/ч,

где КН - коэффициент наполнения ковшей, зависящий от категории грунта (1 категория - КН = 0,9...1,2; 2 категория - КН = 0,8...1,1; 3 категория - КН = 0,75...1,0; 4 категория - КН = 0,7...0,9 ); КР - коэффициент разрыхления грунта (КР = 1,1...1,3, для мёрзлых грунтов КР = 1,5...1,6); КВ - коэффициент использования рабочего времени (КВ = 0,85).

м3/ч.

В отличие от эксплуатационной производительности техническая производительность равна

,

м3/ч;

а теоретический

м3/ч.


3.3 Определение мощности двигателя

Мощность двигателя экскаватора расходуется на привод ковшовой цепи и на передвижение экскаватора т.е.

.

Мощность, расходуемая на копание.

, кВт,

где Kl - удельное сопротивление грунта копанию, Н/м2; ПТ - техническая производительность, м3/ч; ηц - КПД ковшовой цепи (ηц = 0,9); ημ - КПД трансмиссии (ημ = 0,85...0,9)

Для первой категории Kl = 105Н/м2, для второй Kl = 2·105Н/м2, для третей Kl = 3·105Н/м2, для четвёртой Kl = 4·105Н/м2.

кВт.

Мощность, расходуемая на подъём грунта.

кВт,

где γr - объёмный вес грунта ( Н/м3;

НТ - заданная глубина траншеи, м;

Н0 - высота подъёма грунта от поверхности земли до уровня разгрузки, м (устанавливается конструктивно с сопоставлением этой величины у экскаваторов – прототипов).

кВт.

Мощность, расходуемая на передвижение трактора.

где Wсопр - сопротивление передвижению; Wвнешн - сопротивление внешних нагрузок; Wперек - сопротивление перекатыванию; Wинерц - сопротивление сил инерции; Wуклон - сопротивление преодоления сил уклона.

Н;

,

Вт.

Мощность расходуемая на преодоление сопротивлений движению

Nf = G x f

где f – коэффициент сопротивления передвижению, G – вес трактора, Н.

Вт.

кВт.


3.4 Расчёт максимального усилия в цепи рабочего органа и подбор цепи

На ковше цепи в процессе работы экскаватора действуют следующие усилия (рисунок 3.2.а).

Рисунок 3.2. Схемы к расчету усилий в ковшовой цепи (а) и скорости цепи (б)

а) Усилие копания на обе цепи

, Н,

где S - толщина срезаемой стружки, м, определяемая из условия наполнения ковша при прохождении забоя

, м

где qk - ёмкость ковша, м3

м.

Н

б) Усилие подъёма грунта из забоя на обе цепи

H,

в) Усилие подъёма ковшей и цепей

, Н,

где Gц - сила тяжести 1 м ковшовых цепей, Н; Gk - сила тяжести ковша Н; L – расстояние между центрами приводной и натяжной звёздочек, м.

Сила тяжести 1 м ковшовых цепей в сборе с ковшами при четырёхзвенном шаге составляет

, Н,

где qk - ёмкость ковша, м3; Kl - удельное сопротивление копанию, Н/м2.

От этой силы тяжести на долю ковшей приходится 55-60%, а на долю цепи 40-45%.

г) Усилие преодоления трения в цапфах холостых колёс и звёздочек от предварительного натяжения цепей

,

где μl - коэффициент трения в цапфах (μl = 0,03...0,06 для подшипников качения, μl = 0,15...0,25 для подшипников скольжения); dl - диаметр оси холостой звёздочки; Dl - диаметр холостой звёздочки; Rl - равнодействующая сила давления на вал холостой звёздочки (рисунок 3.3.а)

Н.

,

где Gl - вес холостой звёздочки и оси (принимается из конструктивных соображений); Н - первоначальное натяжение, необходимое для нормальной работы цепи (рисунок 3.3.б).

где f - стрела прогиба цепи (f = 0,1...0,5L).

д) Усилие преодоления сил инерции при работе ковшовой цепи

, Н,

где G – сила тяжести движущихся частей ( цепей, ковшей и грунта в ковшах), Н; g = 9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести; Zl - число зубьев ведущей звёздочки (Zl = 6...8).

Н.

е.) Усилие преодоления жесткости ковшовой цепи.

Это усилие может быть получено от работы сил трения в шарнирах цепи за один оборот, делённой на пройденный путь звена цепи (рисунок 3.4.):

, Н,

Рисунок 3.3. Схема к расчёту усилий:

а) действующих на ковшовую цепь; б) первоначального натяжения цепи.

Н.

где μ2 - коэффициент трения (μ2 = 0,25...0,3); d2 - диаметр пальца соединяющего звенья (d2 = 20...50 мм, большие значения для более мощных экскаваторов);

T1 = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + H;

T2 = W3 + H.

Рисунок 3.4. Схема к расчёту усилий в ковшовой цепи.

T1 = 13972,5 + 793 + 362 + 18 + 307,6 + 200 = 15653,1 Н;

T2 = 793 + 947 = 1740 Н.

ж) Усилие преодоления трения в цапфах вала ведущих звёздочек

, Н,

где d3 - диаметр приводного вала; D3 - диаметр приводной звёздочки; R2 - равнодействующая всех сил, действующих на втулки приводного вала:

, Н

где G2 - вес узла приводной звёздочки с валом (принимают конструктивно).

Н;

Н.

Кроме перечисленных выше усилий необходимо учитывать также потери на трение цепей о направляющие детали ковшовой рамы, трение ковшей о желоб, трение в перегибах ковшовой рамы, трение очистительных устройств. Эти потери составляют 5-10% от основных усилий в ковшовой цепи.

Таким образом, расчёт ковшёвых цепей следует вести на усилие

, Н,

Н.

При возможности неравномерного распределения тягового усилия на одну ковшовую цепь действует усилие

,

Н.

Разрушающая нагрузка цепи

,

где nп - коэффициент запаса (nп = 8...10).

Н.

По разрушающей нагрузке Sp выбираем по справочной литературе стандартную пластинчатую шарнирную цепь М 112 – 1 – 200 – 1 ГОСТ 588-74, Ширина цепи 40 мм.

Окружное усилие на ведущих приводных звёздочках

Н.

Окружное усилие на одной звёздочке

,

Н.


3.5 Расчёт основных параметров транспортёра

Длину транспортёра L определяют из технических условий, по которым длина транспортёра и расстояние от оси отвала l должны обеспечить необходимую величину бермы у грани траншеи (рисунок 3.5.).

Величина бермы апринимается не менее 0,5...1 м.

Рисунок 3.5. Схема к расчету длины транспортера

Из расчётной схемы (рисунок 3.5.) имеем

,

где l - дальность полёта частиц грунта на уровне вылета (из т.В. в т.С. по горизонтали).

Значение l определяется равенства времени перелёта частиц по горизонтали из т.В. в т.С. и времени свободного падения с набранной частицами высоты во время полёта, т.е.

,

где VГР - скорость движения ленты транспортёра ; g - ускорение силы тяжести; α - угол наклона транспортёра (α = 3...28°)

l = 216 мм ≈ 0,22 м

Высоту отвала, а следовательно, положение по высоте т. В и т. С определяют из соотношения

Положение точки т. А, т.е. размеры al и bl принимают из конструктивных соображений. Окончательно габаритные размеры транспортёра определяют геометрическим построением по вычисленным: L, H, d, l, но при этом необходимо соблюдать условие, чтобы транспортёр в процессе работы не касался поверхности отвала.

Производительность транспортёра определяют по формуле

ПТР = 3600 х F x VГР х С, м3/ч,

где F - площадь поперечного грунта на ленте транспортёра, м2; С – коэффициент, учитывающий влияние угла подъёма транспортёра α (при α = 25°, С = 0,685)

Для транспортёра с желобчатой лентой

ПТР = 300 х В2 x VГР х С, м3/ч,

ПТР = 300 х 0,352 x 5 х 0,685 = 125,6 м3


3.6 Расчёт устойчивости экскаватора

Расчёт устойчивости экскаватора предполагает определение положения его центра тяжести. При этом необходимо, чтобы равнодействующая всех сил не выходила из пределов средней трети гусеницы, а давление гусеницы на грунт имело допустимые значения.

Силы тяжести и координаты отдельных частей экскаватора в предварительных расчётах оценивают ориентировочно на основании анализа конструкций экскаваторов- прототипов. В дальнейшем, после детального расчёта всех узлов проектируемого экскаватора, уточняют значения сил тяжести и корректируют расчёт устойчивости.

Положение центра тяжести обычно определяют с помощью верёвочного многоугольника (см. рисунок 3.6.,а).

Рисунок 3.6. Схемы к расчёту экскаватора на устойчивость

Сила тяжести экскаватора G = 61312,5 Н

Расчёт на устойчивость сводится к рассмотрению двух положений экскаватора: рабочего – с опущенной ковшовой рамой; нерабочего – с поднятой рамой (транспортный ход машины).

Коэффициент устойчивости в рабочем и транспортном положении должен быть не менее 1,25 , т.е.

,

Восстанавливающий Mвосст и опрокидывающий Mопр моменты определяют относительно точки О, соответствующей ребру опрокидывания.

Коэффициент устойчивости экскаватора в рабочем положении равен (см. рисунок 3.6.,б)

где G0 - сила тяжести экскаватора без ковшовой рамы с цепями и ковшами; Wl - усилие копания на обе цепи; γ - угол наклона местности (γ = 10...11°),

Коэффициент устойчивости в транспортном положении равен (см. рисунок 3.6.,в)

,


3.7 Определение давления на грунт

Среднее удельное давление на грунт

,

где B - ширина гусеничной цепи; l - длина опорной поверхности гусеницы; F – опорная поверхность экскаватора,

Н/м2.

Максимальное удельное давление на грунт равно

,

где x – расстояние от центра силы тяжести экскаватора определяемого с учётом силы Wl, до середины длинны гусеницы (с помощью верёвочного многоугольника); [g] – максимальное допустимое удельное давление на грунт ([g] = 80...100 кН/м2),

Н/м2.

Условие qmax<g выполняется.


3.8 Расчёт привода рабочего оборудования

По принятой скорости цепи рабочего органа и диаметру ведущей звёздочки определяют частоту вращения приводного вала

об/мин,

где Vk - скорость цепи, м/с; Dз - диаметр ведущей звёздочки, м.

Согласно принятой кинематической схеме определяют общее передаточное число i0 от двигателя до приводного вала

,

где nен - номинальная частота вращения вала, об/мин.

Разбивают общее передаточное число на передаточные числа отдельных механических передач (в соответствии с кинематической схемой).

Исходя из максимального крутящего момента на турасном (приводном) валу, ограниченного муфтой предельного момента. Этот момент принимают равным

Нм ,

где Nен - номинальная мощность двигателя, кВт;

ηT - КПД трансмиссии (ηT = 0,8...0,85).

Расчёт элементов привода рабочего органа выполняют обычными методами строительной механики и курса деталей машин.

В заключение данного раздела рассчитывают параметры муфты предельного момента.


3.9 Расчёт коробки перемены передач

При расчёте коробки перемены передач, прежде всего, задаются количеством передач в рабочем и транспортном режимах, ориентируясь на современные модели экскаваторов.

Затем определяют максимальную скорость передвижения экскаватора в рабочем режиме

м/с,

где ПTmax - максимальная техническая производительность экскаватора.

м/с (1,875 км/ч)

Минимальную скорость принимают равной

м/с (0,1875 км/ч)

Затем определяют знаменатель геометрической прогрессии

,

где n - число передач,

Принимая Vpx min за скорость на первой передаче, определяют скорости движения экскаватора на каждой передаче

V2 = V1 · q; V3 = V1 · q2; V4 = V1 · q3; V5 = V1 · q4; V6 = V1 · q5;

V2 = 0,01125 · 1,58 = 0,018 м/с; V3 = 0,028 м/с; V4 = 0,044 м/с; V5 = 0,07 м/с; V6 = 0,1125 м/с

После определения скоростей находят число оборотов ведущей звёздочки гусеничного хода на каждой передаче

, об/мин,

где Vi - скорость движения экскаватора на данной передаче, км/ч; rвк - радиус ведущего колеса, м,

об/мин;

nвк2 = 1,1 об/мин; nвк3 = 1,7 об/мин; nвк4 = 2,6 об/мин; nвк5 = 4,29 об/мин; nвк6 = 6,92 об/мин

При предварительных расчётах rзг принимают по аналогии с наиболее близким по основным параметрам существующими конструкциями экскаваторов.

Далее рассчитывают общее передаточное число трансмиссии от двигателя до ведущей звездочки гусеничной цепи на каждой передаче по формуле

;

i02 = 1545,5; i03 = 1000; i04 = 653,8; i05 = 396,3; i06 = 245,76;

И передаточное число коробки перемены передач на каждой передаче по формуле

,

где iM - передаточное число механических передач от вала двигателя до первичного вала коробки передач; iT - передаточное число трансмиссии от коробки передач до ведущего колеса,

;

iкп2 = 6,3; iкп3 = 4; iкп4 = 2,5; iкп5 = 1,6; iкп6 = 1


3.10 Расчёт механизма передвижения экскаватора

В состав расчётов механизма передвижения экскаватора входит: определение диапазона транспортных скоростей и расчёт трансмиссии от выходного вала коробки передач до ведущей звёздочки гусеничной цепи.

Максимальная скорость может быть определена из рассмотрения случая движения машины по горизонтальному пути при хороших дорожных условиях

, км/ч,

где Neп - номинальная мощность двигателя, кВт; η - суммарный КПД привода передвижения; ηТР - КПД трансмиссии механизма передвижения (ηТР = 0,87...0,9); ηДВ - КПД колесного движителя (ηДВ = 0,85); f0 - коэффициент сопротивлению движению (f0 = 0,06); G – сила тяжести экскаватора, Н,

η = ηТР · ηДВ

η = 0,9 · 0,85 = 0,765

км/ч.

Минимальную скорость передвижения экскаватора определяют из условия преодоления подъёма при тяжёлых дорожных условиях

, км/ч

где γ - угол подъёма пути (γ = 10...11°); f0 = 0,15,

км/ч.

Установив таким образом диапазон транспортных скоростей, разбивают его на ряд скоростей n

Принимая Vmin за скорость на первой передаче, определяют скорости движения экскаватора на каждой передаче

V2 = V1 · q; V3 = V1 · q2; V4 = V1 · q3; V5 = V1 · q4; V6 = V1 · q5

V2 = 0,486 · 1,33 = 0,646 м/с; V3 = 0,86 м/с; V4 = 1,14 м/с; V5 = 1,52 м/с; V6 = 2,75 м/с



4. Узел инициативы

Модернизирован зуб рабочего органа. Цель изобретения, снижение энергоемкости процесса копания и повышения долговечности ковша. Ковш экскаватора содержит боковые стенки и днище с зубьями на верхней грани каждого зуба размещен выступ в виде трехгранной пирамиды с направленным от режущей кромки зуба основанием. Боковые грани каждого из зубьев выполнены различной длины, при этом длина грани ближней к боковой стенке, меньше длины грани, ближней к оси симметрии ковша. Основание пирамиды выполнено прямоугольным, а одна из её граней размещена в плоскости меньшей боковой грани зуба. При взаимодействии зубьев с грунтом образование трапецеидальных прорезей. За счет того, что режущая кромка зубьев не параллельна режущей кромке ковша, а выступает вперед, зубья создают предварительное напряжение и деформацию в грунте. Разрушенный грунт следует по увеличенной верхней грани зуба до встречи с накладной гранью пирамиды, которая формирует поток грунта к центру ковша. Пирамида уменьшает интенсивность износа зубьев со стороны грани, что позволяет увеличить длину грани для снижения энергоемкости резания и выравнивания износа поверхностей зубьев.



Вывод

В данном курсовом проекте был произведен обзор отечественных и зарубежных траншейных цепных экскаваторов, также обзор грунтов и способов их разработки. Целью данного курсового все же являлся расчет одного цепного траншейного экскаватора по параметрам отрываемой траншеи (глубины и ширины).

В этом курсовом проекте были определены основные параметры рабочего оборудования, производительность экскаватора, мощность двигателя. Были произведены расчеты максимального усилия в цепи рабочего органа и подобрана цепь, рассчитаны основные параметры транспортера, также был произведен расчет устойчивости экскаватора в рабочем и транспортном положениях. Было произведено определение давления на грунт, и были рассчитаны привод рабочего оборудования, коробка перемены передач и механизм передвижения экскаватора.

Курс лекций « Машины для земляных работ» и данный курсовой проект предназначены для ознакомления студента с рабочими процессами машин, нагрузками, возникающими при эксплуатации, особенностями устройства наиболее слабых узлов и т. п.

Этот курсовой проект предназначен для обучения студентов работе с патентной информацией и применения её в своем конструкторском решении. Обучает основным принципам модернизации, и изобретательской деятельности, помогает в повышении квалификации будущего инженера.



Список использованных источников

1. Домбровский Н.Г. Многоковшовые экскаваторы. Конструкция, теория и расчет М.: Машиностроение,1972.-432 с.

2. Строительные машины: Справочник , том 1/Под ред. В.А. Баумана.- М.: Машиностроение , 1976.-502 с.

3. Румянцев В.А. и др. Новые конструкции траншейных экскаваторов.-М.: Машиностроение, 1969.-128 с.

4. Номенклаткра экскаваторов непрерывного действия, выпускаемых заводами Минстройдормаша. - Строительные и дорожные машины.1979. №8, с.3-7.

5. Солнцев В.Г., Мануйлов Ю.Г., Мелиораторные машины в СССР.- Строительные и дорожные машины, 1977. №10, с. 5-6.

6. Гарбузов З.Е. и др. Экскаваторы непрерывного действия.-М.: Высшая школа. 1975.-20.

7. Вартанов С.Х. и др. Экскаватор траншейный цепной ЭТЦ-208 А. – Строительные и дорожные машины. 1978. №12. с. 8-9.

8. Ефремов И.М., Трофимов А.А., Августинопольский Д.С., Расчет цепных траншейных экскаваторов: Методические указания к выполнению курсового проекта. – Братск: БрГТУ, 2003 – 27с.

Корзина
Чертежей: 0
0 руб
Корзина пуста
Каталог платных и бесплатных чертежей