Файл: Е. К. Спиридонов 2019 г. 2019 г. Модернизация рабочего оборудования одноковшового экскаватора.pdf

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет» (НИУ)
Факультет «Политехнический Заочный»
Кафедра «Гидравлика и гидропневмосистемы»
РАБОТА ПРОВЕРЕНА ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ
Рецензент, Заведующий кафедрой
_______________________ ______________
/ Е.К. Спиридонов
_______________________2019 г. __________________ 2019 г.
«Модернизация рабочего оборудования одноковшового экскаватора»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ
ЮУрГУ–150302.2019.921. ПЗ ВКР
Руководитель ВКР,
(ст. пр.)
К.К. Лайко
_________________ 2019г.
Автор ВКР студент группы ПЗ-557
В.Е. Клименко
________________ 2019г.
Нормоконтролер,
____________________
_________________ 2019г.
Челябинск, 2019

Содержание
Введение………………………………………………………………………….……3 1. Обоснование темы дипломного проекта и возможности его практического применения……………………………………………………………………………..4 1.1. Патентно-технический обзор…………………………………………………..4 1.2. Назначение и рациональная область применения современных конструкций экскаваторов………………………………………………..…………....................14 1.3. Описание проектируемой конструкции и внесенных в нее изменений……16 1.4. Обоснование технической целесообразности предлагаемых проектных решений……………………………………………………..…….………...………18 2. Расчѐт основных параметров……………………………..…………….…………20 2.1. Выбор главных параметров…………………………………..………………20 2.2. Баланс мощности привода………………………………..…………………..20 2.3. Расчет гидравлической системы экскаватора. Определение расчетных нагрузок………………………………………………………………………..…..20 2.4. Расчет и подбор основного гидравлического оборудования…………...….25 2.4.1. Расчет гидроцилиндров………………………………..……………….25 2.4.2. Выбор насоса……………………………………………………………28 3. Расчѐт элементов ковша на прочность………………………………...………….29 4. Разработка предложений по повышению безопасности эксплуатации экскаватора ЕК-20…………………………………………………...………………..30
Заключение………………………………………………………………….………..41
Список используемой литературы………………………………………………….42
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
2
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ
Разраб.
Клименко В.Е
.
Провер.
Лайко К.К.
Н. Контр.
Утверд.
Модернизация рабочего
оборудования
одноковшового экскаватора
Лит.
Листов
42
ЮУрГУ, ПЗ-557

Введение
Сокращение трудозатрат и повышение производительности труда при производстве земляных работ осуществляется за счет применения высокопроизводительных землеройных машин прогрессивных конструкций, использования комплектов съемного навесного оборудования и новых средств механизации для сокращения ручного труда на отдельных технологических процессах и операциях, а также применения эффективных способов механизации и новой технологии производства земляных работ, позволяющей исключить процессы, выполняемые ранее вручную. Индустриализация строительного производства требует применения специализированных транспортных средств и машин более высокой единичной мощности, позволяющих более эффективно и экономично выполнить поставленную задачу.
Первой по популярности машиной‚ используемой на строительных площадках для производства земляных работ‚ перегрузки сыпучих и кусковых материалов и выполнения других работ‚ в зависимости от установленного дополнительного оборудования‚ является экскаватор. В настоящее время ни один строительный объект в стране не обходится без экскаваторов. Их высокая производительность, способность работать в любых условиях, надежность, качество и разнообразие выполняемых ими земляных работ обеспечили этим машинам широкое применение в различных областях народного хозяйства.
В ходе дипломного проектирования будет произведена работа по модернизации рабочего оборудования одноковшового гидравлического экскаватора на пневмоколесном ходу, с целью повышения его эффективности, что дает возможность выполнять как основные, так и вспомогательные работы.
Будет разработана принципиальная гидравлическая схема работы модернизированного оборудования, а также будет произведен расчѐт гидравлической системы модернизированного рабочего оборудования. Это необходимо, так как взламывание асфальтобетонного покрытия происходит при
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
3
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

помощи дисковых ножей и рыхлительного зуба под действием гидроцилиндра управления, позволяющего полностью реализовать мощность гидросистемы экскаватора и обеспечить создание значительных усилий на режущей кромке рыхлительного зуба. Это, в свою очередь, дает возможность более эффективно разрабатывать асфальтобетонные покрытия.
1. Обоснование темы дипломного проекта и возможности его
практического применения
1.1. Патентно-технический обзор
Среди основных направлений развития техники ведущие производители называют повышение производительности и эффективности дорожно- строительных машин. В настоящее время на объектах строительства с целью повышения темпов производительности требуется разнообразный парк машин.
Однако, с экономической точки зрения пополнить парк машин новой техникой потребует значительных затрат. Для повышения производительности и уменьшении трудоемкости работ организациям необходимо вносить значительные качественные изменения машин и оборудования, заключающиеся в принципиальном улучшении средств механизации.
Для достижения данных показателей был произведен поиск и обзор следующих патентных документов:
Изобретение № 2255180 (Рисунок 1.1)
Изобретение относится к землеройной технике, а именно к рабочему оборудованию гидравлических экскаваторов. Оборудование гидравлического экскаватора включает рукоять, ковш, поворотный рычаг с гидроцилиндром управления и дополнительный рабочий орган, состоящий из Т-образной рамы и дисковых ножей. Ковш шарнирно соединен с поворотным рычагом и гидроцилиндром управления посредством Т-образной рамы с закрепленными на
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
4
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

ней свободно вращающимися дисковыми ножами и оснащен кронштейном, расположенным на его задней стенке, для упора в бульдозерный отвал, закрепленный на раме экскаватора. Благодаря данной конструкции, повышается производительность оборудования.
Рисунок 1.1 – Рабочее оборудование экскаватора
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
5
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Оборудование гидравлического экскаватора состоит из: рукояти 1, поворотного рычага 2, гидроцилиндра управления 3, ковша 4, Т-образной рамы 5 с установленными на ней двумя свободно вращающимися дисковыми ножами 6 с зубчатой режущей кромкой, на расстоянии, превышающем ширину ковша 4.
При этом ковш 4 на его задней стенке оснащен кронштейном 7 для упора в бульдозерный отвал 8, который оснащен гидроцилиндром управления 9 и шарнирно закреплен на раме 10 экскаватора. С другой стороны, ковш 4 посредством Т-образной рамы 5 шарнирно соединен с поворотным рычагом 2 и гидроцилиндром управления 3.
Изобретение № 2266371 (рисунок 1.2)
Изобретение относится к горному и строительному делу. Рабочее оборудование обратной лопаты гидравлических одноковшовых экскаваторов включает изогнутую стрелу и, связанную с ней шарнирно, телескопически раздвижную рукоять, состоящую из основной и вспомогательной телескопически выдвижной частей с, смонтированным на внешнем конце последней, ковшом. Гидродомкраты для поворота стрелы и рукояти.
Гидродомкрат телескопической раздвижки рукояти.
Вспомогательная телескопически выдвижная часть установлена с возможностью совершения строго направленного возвратно-поступательного перемещения на максимальную длину посредством гидродомкрата раздвижки относительно жесткого направляющего устройства. Вспомогательная телескопически выдвижная часть рукояти выполнена в виде прямоугольной пустотелой призмы с взаимно параллельными гранями. Жесткое направляющее устройство выполнено в виде охватывающей прямоугольной призмы с параллельными гранями, составленной боковыми и задней поверхностями основной части рукояти и пластиной, закрепленной внутри нее на всю длину перемещения вспомогательной телескопически выдвижной части рукояти. Гидродомкрат телескопической раздвижки рукояти размещен внутри вспомогательной телескопически выдвижной части. За счѐт данной конструкции повышается надежность работы экскаватора.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
6
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Рисунок 1.2 – Рабочее оборудование экскаватора
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
7
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Оборудование гидравлического экскаватора состоит из моноблочной изогнутой стрелы 1, смонтированной на поворотной платформе 2 экскаватора. На конце стрелы 1 шарнирно закреплена рукоять, состоящая из основной части 3 и вспомогательной телескопически выдвижной части 4. На внешнем конце вспомогательной телескопически выдвижной части 4 смонтирован ковш 5.
Поворот стрелы 1 производится гидродомкратами 7, а поворот рукояти, состоящей из основной части 3 и вспомогательной телескопически выдвижной части 4, посредством гидродомкрата 8. Внутри основной части 3 рукояти смонтировано жесткое направляющее устройство 9, представляющее собой прямоугольную призму, выполненную частично из боковых и задней граней
(поверхностей), а также жесткой пластины, закрепленной внутри основной части
3 рукояти. Грани призмы взаимно параллельны. При этом длина жесткой пластины 10 равна величине перемещения вспомогательной части 4 рукояти.
Вспомогательная телескопически выдвижная часть 4 рукояти выполнена также в виде прямоугольной пустотелой призмы с взаимно параллельными гранями и размещена внутри охватывающей призмы 9 основной части рукояти 3. Внутри вспомогательной телескопически выдвижной пустотелой части 4 рукояти размещен гидродомкрат 11 раздвижки рукояти, который своим цилиндром при помощи шарнира 12 прикреплен к внутренней стороне основной части 3 рукояти, а его шток шарниром 13 связан с нижней внутренней стороной вспомогательной телескопически выдвижной части 4 рукояти. При этом оси шарниров 12 и 13 перпендикулярны продольной плоскости рукояти, что позволяет устранять изгибающие нагрузки на гидродомкрат 11 раздвижки рукояти при копании.
Изобретение № 2358067 (рисунок 1.3)
Изобретение относится к землеройным машинам, а именно к рабочему оборудованию одноковшовых гидравлических экскаваторов, предназначенных для взламывания асфальтобетонных покрытий.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
8
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Рисунок 1.3 – Рабочее оборудование экскаватора
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
9
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Технический результат - повышение эффективности рабочего оборудования.
Оборудование гидравлического экскаватора включает рукоять, два поворотных рычага с гидроцилиндром управления, два свободно вращающихся дисковых ножа и ковш, шарнирно закрепленный на рукояти. При этом, ковш соединен с поворотным рычагом и гидроцилиндром управления посредством рыхлительного зуба. А дисковые ножи закреплены на одной оси с шарниром соединения поворотных рычагов и рыхлительного зуба с двух его сторон симметрично.
Рабочее оборудование экскаватора состоит из рукояти 1, на которой шарнирно установлены два поворотных рычага 2 с гидроцилиндром управления
3 и ковш 4. Между ковшом 4 и поворотным рычагом 2 при помощи осей 5, 6 шарнирно крепится рыхлительный зуб 7. При этом дисковые ножи 8 закреплены на одной оси 6 с шарниром соединения поворотных рычагов 2 и рыхлительного зуба 7 с двух его сторон симметрично.
Изобретение № 2310044 (рисунок 1.4)
Изобретение относится к области горного дела и строительства и предназначено для расширения области работы экскаваторов по выемке грунтов и полезных ископаемых при повышенной глубине и высоте различных выемок и карьеров. Техническая задача - получение более глубоких выемок, траншей и котлованов, а также работы по выемке в уступах с переменной высотой с минимальным объемом монтажно-демонтажных работ при переходе с одного оборудования на другое. Рабочее оборудование прямой или обратной лопат включает изогнутую моноблочную стрелу и связанную с ней шарнирно телескопически раздвижную рукоять, которая состоит из кронштейна, основной и телескопически выдвижной частей со смонтированным на внешнем конце последней поворотным ковшом, гидродомкраты поворота стрелы, рукояти и ковша, а также гидродомкрат телескопической раздвижки и механизм поворота основной и телескопически выдвижной частей рукояти. Размещенные внутри
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
10
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

кронштейна рукояти, основная и телескопически выдвижная части выполнены в виде трубчатых конструкций, входящих одна в другую. Механизм поворота выполнен с приводом в виде реечного домкрата, основная и телескопически выдвижная части рукояти по всей длине телескопической раздвижки связаны между собой шлицевым соединением с фиксацией положения прямой или обратной лопаты посредством привода механизма поворота рукояти, а проушина для шарнирного соединения домкрата поворота ковша с телескопически выдвижной частью рукояти установлена с возможностью перемещения в продольном пазу, выполненном в основной части рукояти на длину телескопической раздвижки. При этом цилиндр гидродомкрата телескопической раздвижки рукояти связан с верхней внутренней поверхностью кронштейна посредством одинарного шарнира, а шток поршня гидродомкрата телескопической раздвижки рукояти присоединен к нижней внутренней поверхности телескопически выдвижной части рукояти посредством шарового шарнира, исключающего поворот поршня домкрата телескопической раздвижки рукояти при повороте основной и телескопически выдвижной частей рукояти на угол 180° в процессе изменения вида рабочего оборудования.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
11
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Рисунок 1.4 – Рабочее оборудование экскаватора
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
12
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Оборудование гидравлического экскаватора состоит из: моноблочной изогнутой стрелы 1, на верхнем конце которой шарнирно смонтирована поворотная телескопически раздвижная рукоять 2, включающая кронштейн 3, основную 4 и телескопически выдвижную 5 части трубчатой конструкции. На внешнем конце телескопически выдвижной части 5 шарнирно смонтирован поворотный ковш 6.
Поворот телескопически раздвижной рукояти 2 вокруг оси шарнира стрелы 1 в вертикальной плоскости осуществляется при помощи гидродомкрата 7, а поворот ковша 6 вокруг оси шарнира телескопически выдвижной части 5 - посредством гидродомкрата 8, смонтированного на проушине 9. Сопряжение между основной 4 и телескопически выдвижной 5 частями выполнено в виде прокатанного шлицевого 10 или шпоночного соединения. Изменение вида рабочего оборудования с обратной лопаты на прямую (из положения I в положение II) осуществляется при помощи поворотного механизма 11, а гидродомкрат 7, при этом, переставляется из положения III в положение IV.
Механизм поворота 11 имеет в качестве привода реечный гидродомкрат 12.
Телескопическая раздвижка рукояти 2 осуществляется при помощи гидродомкрата раздвижки 13, размещенного внутри телескопически выдвижной части 5 рукояти. Такой способ размещения гидродомкрата позволяет осуществить максимальную величину телескопической раздвижки рукояти 2.
При этом гидродомкрат раздвижки 13 своим цилиндром 14 одинарным шарниром 15 присоединен к верхней внутренней поверхности кронштейна 3 рукояти, а штоком 16 соединен с нижней внутренней поверхностью телескопически выдвижной части 5 посредством шарового шарнира 17, позволяющего устранить поворот штока с поршнем гидродомкрата раздвижки
13 при изменении одного вида рабочего оборудования на другого.
На основании рассмотренного вышеизложенного материала, мною было взято за основу изобретение № 2358067, так как основной задачей при выборе изобретения было – увеличение эффективности экскаватора и уменьшение экономических затрат на изготовление данной модели. Данное изобретение
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
13
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ