Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора (стр. 1 из 10)
1. Введение
В настоящее время в парке строительных одноковшовых экскаваторов в нашей стране и за рубежом преобладают гидравлические машины с жесткой подвеской рабочего оборудования. Широкое распространение гидравлических экскаваторов обусловлено неоспоримыми преимуществами гидрообъемного привода перед приводом с механической трансмиссией и гибкой подвеской рабочего оборудования, в первую очередь, простотой кинематических связей между источниками и потребителями энергии, способностью простыми средствами преобразовать вращательное движение первичного двигателя в поступательное движение конечного звена исполнительного механизма, способностью реализовать большие усилия на рабочих органах при минимальных размерах передаточных устройств, возможностью силового воздействия на рабочие органы, как в прямом, так и в возвратных направлениях. Эти преимущества обеспечили гидравлическим экскаваторам высокую эффективность, в частности, более низкую чем у канатных экскаваторов металлоемкость.
Строительные гидравлические одноковшовые экскаваторы предназначены для разработки грунтов до 4 категории включительно без их предварительного разрыхления при отрывке котлованов, траншей, каналов, дорожных кюветов и других выемок, разработке резервов для отсыпки насыпей, а также разработке карьеров строительных материалов. Они могут также разрабатывать более прочные грунты, включая мерзлые и скальные, после их разрыхления другими средствами. Эти машины широко используют в промышленном, гражданском, дорожном, аэродромном, трубопроводном, гидротехническом и других видах строительства, а также в промышленности строительных материалов.
2. Расчетная часть
2.1 Определение размеров базовой части гусеничного экскаватора
Рис. 1. Схема размеров базовой части одноковшового экскаватора
Из размеров, определяющих опорную поверхность гусеничной тележки (колея К, ширина башмаков гусеничной цепи bГи длина опорной поверхности гусениц lГ), наиболее значимым является колея К, в числе прочих факторов определяемая условиями размещения в межгусеничном пространстве опорно-поворотного устройства (ОПУ), а также формирующая габаритную ширину экскаватора - один из основных размеров, контролируемых при перевозке экскаватора на трайлере и по железной дороге. Колею К (м) назначим по аналогии с существующими экскаваторами. На основе статистической обработки данных 35 экскаваторов со стандартными башмаками (с минимальной опорной поверхностью) фирмы "Caterpillar" для этого размера получена корреляционная зависимость:
, м,где mЭ- эксплуатационная масса экскаватора, т. Интервал значений коэффициента пропорциональности соответствует массам экскаватора mЭ = 14…25т. Для промежуточных масс здесь и далее этот коэффициент следует определять интерполированием.
Для проектирования исходя из заданных параметров экскаватора примем массу экскаватора mэ = 24.2т.
Из этого следует, что значение колеи будет равно:
К = 11.1 · 24.20.23 = 2.309 м
Окончательно примем значение К = 2.5 м
Два других размера (bГи lГ) необходимо назначить, чтобы среднее давление гусениц на грунт Pср(кПа) не превышало заданного допускаемого значения (Pср) (кПа):
Pср =
, кПа,где GЭ - сила тяжести экскаватора (GЭ = mэg =242 кН); (Pср)=44 кПа;
g - ускорение свободного падения (g = 9.81 м/с2). Для удобства расчета примем значение свободного падения приблизительно равным 10 м/с2.
Ориентировочно для гусениц с основными башмаками (для работы на грунтах средней и повышенной несущей способности - гусеницы с минимальной опорной поверхностью) можно принять:
bг = (0.23...0.34)K = 0.34 · 2.5 = 0.85 м
Окончательно примем bг = 0.8 м.
В случае гусениц с увеличенной опорной поверхностью этот размер следует увеличить на 30 - 50%. При необходимости может быть также откорректирована колея К, Окончательно размер bГследует округлить до значения, кратного 50 мм.
Базу lГ определим из формулы:
Принимаем значение lГ = 3.83 м, по конструктивным соображениям.
Заметим, что при малых значениях базы lГ может оказаться недостаточной продольная устойчивость экскаватора, при больших же значениях уменьшается допускаемая по условиям безопасности область подземной части рабочей зоны.
На стадии предварительных расчетов решение можно считать удовлетворительным, если отношение базы к колее не выходит за пределы:
1.3 < lГ / К< 1.7
В нашем случае условие выполняется, так как:
Определив значение lГ и bг определим значение Pср, м:
Условие выполняется, так как Pср = 39.5 (кПа) не превышает заданного допускаемого значения (Pср) =44 (кПа). Все другие размеры гусениц назначают соответственно модульным группам (Таблица 2).
Таблица 2. Размеры модульных гусеничных тележек тракторного типа цевочным зацеплением гусеничных пеней, мм
При этом габаритную высоту HГ (м) и высоту НО (м) оси ведущей звездочки принимаем как предварительные. Их уточняют следующим расчетом. Размеру НО соответствует диаметр ведущей звездочки, измеренный по осям шарниров гусеничной цепи (рис. 2).
Рис. 2. Схема размеров в узлеведущей звездочки
DЗВ=2(НО – hГЦ+h 'ГЦ) = 2(0.46-0.1405+0.059) = 0.757 м,
где HО = 0.46 м - высота оси ведущей звездочки;
HГ = 0.93 м - высота гусеницы;
tЦ = 0.17105 м - шаг гусеничной цепи;
hГЦ = 0.1325 м - высота гусеничной цепи (м);
h 'ГЦ = 0.059 м - расстояние от внутренней поверхности до осей шарниров;
hГЗ = 0.0253 м – высота грузозацепов.
Диаметр ведущей звездочки D3B (м) вязан с шагом цепи tЦ (м) и числом зубьев zсоотношением:
= 
,где П = 3.14, откуда выразим z:
Округляя z принимаем числа зубьев равными 24, уточним размер звездочки:
Определим HГ minминимальную габаритную высоту гусениц, м:
HГ min= DЗВ + 2(hГЦ – h'ГЦ) = 0.749+2*(0.1405 – 0.059) = 0.91 м
Конструктивный диаметр звездочки D3B вычисляем с точностью до 10 -5 м, для использования, же этого результата в расчетах других параметров этот размер округляем с точностью вычисляемого параметра - до 0,01 м.
Верхняя ветвь гусеничной цепи проектируется несколько поднятой поддерживающими роликами. Тогда HГ > НГmin. Табличное значение НГ примем равным 0.91 м.
Определим габаритную длину LГ гусеницы, м:
LГ = lГ+HГ min = 3.83+0.91=4.74 м
Определим габаритную ширину ВХ гусеничного хода, м:
Bx= К+bГ = 2.5+0.8 м
Клиренс Кл под поворотной платформой, измеренный от уровня стоянки, определим по эмпирической зависимости, м:
Кл = (1.2...1.17) (НГ – 2hГЗ) = 1.3(0.93 – 2 × 0.0253) = 1.14 м,
где значение коэффициента пропорциональности соответствуют массе экскаваторов тЭ = 24.2 т.
Остальные размеры базовой части гусеничных экскаваторов назначают, руководствуясь следующим.
Окончательно типоразмер опорно-поворотного круга определяют расчетом в зависимости от воспринимаемых им внешних нагрузок. На стадии предварительных расчетов диаметр ОПУ определяют по эмпирической зависимости:
Найденный размер округляют до ближайшего стандартного из ряда (Таблица 3):
Таблица 3.
Принимаем диаметр DОПУ = 1.25 м.
Ширину поворотной платформы ВПЛ гусеничных экскаваторов с минимальной опорной поверхностью гусениц назначают равной габаритной ширине гусеничного хода.
В продольном направлении размеры поворотной платформы определяются измеренными от оси ее вращения радиусами передней rП и хвостовой rХВ частей.
Первый назначают на 0,05...0,1 м больше половины диаметра ОПУ, а второй - по эмпирической зависимости:
Высоту балки поворотной платформы назначаем из пределов hm= 0,17…0,4 м, соответствующей указанной предельной массе экскаватора. Под кабиной этот размер уменьшим в два раза. Выбираем высоту балки поворотной платформы hm= 0,2 м.
Определим высоту НКП капота силовой установки, м:
На современных экскаваторах устанавливают унифицированную кабину с габаритными размерами: высотой 1.65 м, шириной 1 м и длиной 1.25 м. Ее размещают справа или, чаще, слева в передней части поворотной платформы с выдвижением вперед за переднюю балку последней на 0.2...0.3 м, В поперечном направлении кабину располагают у бокового края платформы. На экскаваторах малых моделей (до второй, иногда третьей размерных групп) из-за расположения в средней части платформы стоек-пилонов для крепления пяты стрелы кабину не удается вписать в габариты платформы. В этом случае ее несколько смещают в сторону.