Совершенствование конструкции экскаватора с целью расширения технических возможностей (стр. 2 из 10)

W₇ - сопротивление передвижению верхней части цепи по поддерживающим каткам.

= 1,2 коэффициент, учитывающий добавочное сопротивление трения от действий внешних сил.

W₁ = (Gэк - gзв) M*d/ D, (3)

где Gэк - вес экскаватора; Gэк = 23650 кг.

gзв - вес гусеничных звеньев лежащих на земле; gзв = 670 кг.

d - диаметр оси опорного катка; d = 60 мм.

D - диаметр катка; D = 260мм.

M - коэффициент трения скольжения стали на бронзе; M = 0,1

W₁ = (23650 - 670) * 0,1 * 60 / 260 = 5202; 2Н

Сопротивление в подшипниках ведущих колес расчитывается по формуле:

W₂ = 2 * R * M^I* d₁ / D₁; (4)

Реакция подшипников ведущего колеса равна:

R = 1,4 * Sт; (5)

Тяговое усилие принимаем равным окружному усилию на звездочке, соответствующему номинальному моменту гидродвигателя.

Sт = Мгg *

* * 2 / Dзв₁, (6)

где Мгg - номинальному моменту гидродвигателя; Мгg = 27 кгс * м

- передаточное число редуктора хода; = 64,1

- КПД этого редуктора; = 0,93

Dзв₁ - условный диаметр ведущего колеса; Dзв = 0,65м

Sт = 27 * 64,1 * 0,93 * 2 / 0,65 = 48583,04 Н,

R = 1,4 * 48583,04 = 68016,25 Н

W₂ = 2 * 68016,25 * 0,02 * 15 / 65 = 627,84 Н

Передний ход:

W₃ = 2 * 0,3 * Sт * М^I* d₂ / D₂; (7)

Задний ход:

W_{3 1} = 4 * Sт * М^I* d₂ / D₂; где (8)

М^I- коэффициент трения качения, М^I= 0,02

d₂ - диаметр оси направленного колеса, d₂ = 140мм условно равным диаметру на котором расположен шарики подшипника.

Передний ход:

W₃ = 2 * 0,3 *48583,04 * 0,02 * 14 / 58,5 = 139,3 Н

Задний ход:

W₃¹ = 4 * 48583,04 * 0,02 * 14 / 58,5 = 931,95 Н

Сопротивление копанию опорных колес расчитывается по формуле:

W₄ = 2 * (23650 - 670) * 0,12 / 26 = 9,81 = 2080,9 Н (9)

Сопротивление изгибанию гусеничных цепей на ведущих колесах расчитывается по формуле:

Передвижение вперед:

W₅ = 2 * 1,15 * Sт * В * d₀ / D₁; (10)

W₅ = 2 * 1,15 * 48583,04 * 0,35 * 3 / 65 = 1805,04 Н где

В - коэффициент трения в шарнирах гусеничной цепи, В = 0,35

d₀ - диаметр пальцев гусеничной цепи, d₀ = 30мм

Передвижение назад

W₅¹ = 2 * Sт * В * d₀ / D₁; (11)

W₅¹ = 2 * 48583,04 * 0,35 * 3 / 65 = 1569,6 Н

Сопротивление изгибанию гусеничных цепей на направляющих колесах рассчитываем по формуле:

W₆ = 2 * 0,3 * Sт * В * d₀ / D₂; (12)

Передвижение вперед

W₆ = 2 * 0,3 * 48583,04 * 0,35 *3 / 58,5 = 522,87 Н

Передвижение назад

W₆¹ = 4 * Sт * В * 3 / D₂; (13)

W₆¹ = 4 * 4858,04 * 0,35 * 3 / 58,5 = 3487,45 Н

Сопротивление передвижению верхней части цепи по поддерживающим палочкам рассчитываем по формуле:

W₇ = gзв (М * d + 2 * f ) / D₃; (14)

W₇ = 760 (0,1 * 6 + 2 * 0,12) / 26 = 211,89 Н

Полное внутреннее сопротивление ходовых колес

Передвижение вперед

Wвn = 1,2 (5202,2 + 627,84 + 139,3 + 2080,9 + 1805,04 + 522,87 + 211,89) = 12708,04 Н

Передвижение назад

Wвn^I = 1,2 = (5202,2 + 627,84 + 2080,9 + 1569,6 + 3487,45 + 211,89 + 931, 95) = 16970,1 Н

Сопротивление энергии при трогании с места

Wn = Gэк * V / g * t; (15)

где V - начальная скорость передвижения экскаватора при номинальных оборотах гидродвигателя равной 1400об/мин; V - 0,743м/с.

t - время разгона; t - 3с.

Wn = 23650 * 0,743 / 9,81 * 3 = 597кгс = 5857 Н

Сопротивление катанию для многоопорной гусеницы.

Wк = 1,125 * n * в * P²ср / Р₀; (16)

где n - число гусениц; n = 2,

в - ширина гусениц, в - 580мм

Р_{0 -} коэффициент сопротивления грунта для шины средней влажности Р₀ = 0,3

Pср = 23650 / 2 (375 + 25,5) * 58 = 0,67кгс/с²

Wк = 1,125 * 2 *58 * 0,67² / 0,3 = 195,27кгс = 1915,6 Н

Сопротивление ветру

Wв = g * F; где (17)

g - давление ветра; g = 40 кгс/см²

F - наветренная площадь экскаватора; F = 11,5 м²

Wв = 40 * 11,5 = 460 кгс = 4512,6 Н

Сопротивление повороту

Wпр = Wтр + Wтр / R; (18)

Wтр = момент трения гусениц о грунт.

Мск - момент сопротивления грунта скалыванию

Момент трения двух гусениц о грунт определяется по формуле:

Мmp = М * Рср * 10⁴ / 12 [2 LB√L² + B² + L³ Ln (B + √L² + B² / L) + B³ Ln (L + √L² + B² / B)) - (2Ld√L² + d² + L³ Ln (d + √L² + d² / L) + d³ Ln (L + √L² + d² / d))]; (19)

где М - коэффициент трения гусениц о грунт М = 0,5

Средне удельное давление на грунт

Рср = 0,5 * Gэк / в (L + t); (20)

Рср = 0,5 * 23650 / 58 (275 + 25,5) = 0,67кгс/см²;

Мтр = 0,5 * 0,67 * 10⁴ / 12 [(2 * 2,93 * 2,75 √ 2,75² + 2,93² + 2,75³Ln (2,93 + √ 2,75² + 2,93² / 2,75) + 2,93³Ln (2,75 √ 2,75² + 2,93² / 2,93) - (2 * 2,75 * 1,77 √ 2,75² + 1,77² + 2,75²Ln (1,77 √ 2,75² + 1,77² / 2,75) + 1,77³Ln (2,75 + √ 2,75² + 1,77² / 1,77) )] = 15 545кгс см = 1525,5 Н/м

Момент сопротивления грунта скалыванию

Мск = 2 * 0,29 * К * h * e² ,(21)

Мск = 2 * 0,29 * 1 * 2 * 275² = 87725кгс см = 8605,8 Н/м,

где к - коэффициент щепления грунта, к = 1;

n = Рср / Ро = 0,67 / 0,3 = 2,2 - глубина

Сопротивление повороту равно;

Wкр = 15545 + 87725 / 2,35 = 6988кгс = 68552,2 Н

Полное сопротивление передвижению на горизонтальном участке при передвижении вперед.

Sтr = Wn + Wн + Wк + Wв; (22)

Sтр = 12708,04 + 5857 +5857 +1915,6 + 4512,6 = 24993,2Н;

Полное сопротивление передвижению на горизонтальном участке при движении назад:

Sтr^I = Wвн^I + Wн + Wк + Wв; (23)

Sтr^I = 1970,1 + 5857 + 1915,6 + 4512,6 + 29255,26 Н

Полное сопротивление развороту на горизонтальном участке при движении вперед:

Sт max = Wвн + Wк / 2 + Wн + Wкр; (24)

Sт max = 12708,04 + 1915,6 / 2 + 5857 + 68552,2 = 81721 Н

Полное сопротивление развороту при движении назад на горизонтальном участке.

Sт^Imax = Wвн^I + Wк / 2 + Wн + Wкр; (25)

Sт^Imax = 16970,1 + 1915,6 / 2 + 5857 + 68552,2 = 83852 Н

Максимальное тяговое усилие на одной гусенице равно:

Sт^дв = Мmax *

* * 2 / Д^зв; (26)

где Мmax - момент гидродвигателя максимальный при р = 250кгс/см²; Мmax =42,5кгс. м.

- 64,06 - передаточное число редуктора хода;

- КПД этого редуктора, = 0,94;

Д^зв - диаметр ведомой звездочки по шарнирам ленты, Д^зв = 0,65м.

Sт^дв = 42,5 * 64,06 * 0,94 * 2 / 0,65 = 7874,4кгс = 77247,86 Н

Расчет мощности двигателя

Мощность двигателя N, кВт определяется по формуле:

N = ∑ * Wпер *

/ 3,6 * ; (27)

где

- скорость экскаватора, = 4,2км/ч.

- механический коэффициент полезного действия; = 0,7.

N = 81,721 * 4,2 / 3,6 * 0,7 = 136 кВт

1.3 Расчет на прочность

1.3.1 Определение необходимых усилий на режущей кромке ковша

Ковш 0,65м² с зубьями. Площадь сеяния стружки для грунтов четвертой категории.

_IV= 9 * Кн * Нn * Kp; (28)

где Kp - коэффициент разрыхления, Кр = 1,25;

Кн - коэффициент наполнения, Кн = 1,35;

Нn - высота напорного вала, Нn = 300см.

_IV= 650000 * 1,35 / 300 * 1,25 = 2340см²

Толщина стружки равна:

c = _IV/ Вк; (29)

где Вк - ширина режущей кромки ковша, Вк = 115см.

c = 2340 / 115 = 20,35;

Касательная составляющая реакции грунта резанию для прямоугольного периметра режущей кромки, оснащенного зубьями.

Р_01р =

* hc * (Bk + hc) * (0,55 + 0,015 ) + 146 * * p; (30)

где

- максимальная прочность на срез, = 0,8кгс/м²;

- передний угол резания, = 30⁰;

G - прочность грунтов, G = 8кгс/см²;

p - ширина кромки зуба; p = 10мм;

ц/

- проекции износа режущей кромки ковша на вертикальную и горизонтальную ось; ц/ = 5; = 1см.

Р_01р = 0,8 * 20,35 (115 + 20,35) * (0,55 + 0,015 * 30) + 14 * 8 * 10 * 1 = 3322,68кгс = 32595,49 Н;