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

позволяет повысить эксплуатационные свойства рабочего оборудования экскаватора ЕК - 20, уменьшить стоимость и эксплуатационные затраты, ввиду простоты внесенных изменений и простоты эксплуатации при увеличенных технологических возможностях.
1.2 . Назначение и рациональная область применения современных
конструкций экскаваторов.
За базовую модель взят экскаватор ЕК-20, общий вид которого представлен на рисунке 1.5, который предназначен для следующих видов работ: разборки и разрушения кирпичных, бетонных и железобетонных сооружений средней прочности, в том числе перерезание арматуры; разрушение металлоконструкций; разделка металлического лома, шихты; погрузка-разгрузка сыпучих и несыпучих грузов из полувагонов.
Описание. Экскаватор ЕК-20 (Рисунок 1.5) – новая модель пневмоколесного гидравлического экскаватора.
Рисунок 1.5 – Общий вид экскаватора
В конструкции экскаватора используется: новая компоновка узлов, повышающая надежность эксплуатации; силовая установка с двигателем ЯМЗ-
236Г5 или Deutz BF04M1013FC; гидрооборудование производства "Bosch-
Rexroth", ОАО "ПСМ" и ОАО "ТВЭКС", новый пневмоколесный ход,
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
14
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

включающий в себя трансмиссию (мосты и коробка перемены передач) производства фирмы "Zahnard Fabric Friedrichshafen (ZF)" (Германия).
Трансмиссия обеспечивает переключение передач на ходу, что важно при движении техники в транспортном потоке и при движении на подъем; гидравлические тормоза, работающие в масляной ванне, обеспечивают большую плавность торможения; новая унифицированная кабина с улучшенным интерьером, новой информативной электронной панелью приборов, соответствующая современным требованиям эргономики.

-высота 3050
В качестве сменного оборудования на экскаваторе могут использовать: грейфер копающий, грейфер погрузочный (пятичелюстной), гидромолот, гидроножницы, рыхлитель, бревнозахват. Все это дополнительное оборудование значительно расширяет область применения экскаватора и, соответственно, повышает эффективность на отдельных видах работ.
1.3. Описание проектируемой конструкции и внесѐнных в неѐ
изменений.
Изобретение относится к землеройным машинам, а именно к рабочему оборудованию одноковшовых гидравлических экскаваторов, предназначенных для взламывания асфальтобетонных покрытий.
Известно рабочее оборудование гидравлического экскаватора, включающее рукоять, поворотный рычаг, гидроцилиндр управления, рыхлительный зуб, двуплечий рычаг, на одном конце которого с возможностью свободного вращения установлены дисковые ножи, а другой, посредством шарнирной тяги, связан с поворотным рычагом.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
16
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Рисунок 1.6 – Модернизированное рабочее оборудование
экскаватора ЕК-20
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
17
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Оборудование работает следующим образом: первоначально производится насечка асфальтобетонного покрытия дисковыми ножами 8 при движении экскаватора своим ходом или при работе рукоятью 1, как это показано на рисунке 1.3(1.6). Затем производится взламывание асфальтобетона между насечками при помощи рыхлительного зуба 7 как при движении рукоятью 1, так и при движении поворотных рычагов 2 под действием гидроцилиндра управления 3, что позволяет полностью реализовать мощность гидросистемы экскаватора и обеспечить создание значительных усилий на режущей кромке рыхлительного зуба 7. Это дает возможность более эффективно разрабатывать асфальтобетонные покрытия. В дальнейшем производится экскавация разрушенного покрытия и отрывка траншеи или котлована традиционным способом, т.е. ковшом 4 экскаватора.
Дополнительным преимуществом предлагаемой конструкции является ее простота, а также возможность ее монтажа на базе стандартного оборудования обратной лопаты гидравлического экскаватора с минимальными затратами на его модернизацию.
1.4. Обоснование технической целесообразности предлагаемых
проектных решений.
Выбранная тема дипломного проекта технически целесообразна, т.к интенсивное развитие дорожного строительства требует проведения большого объема ремонтных работ, на выполнение которых используют разнообразные машины.
В настоящее время, несмотря на разнообразие экскаваторов по назначению и виду выполняемых работ, проблемы, связанные с энергосбережением в процессе копания, остаются актуальными. Наряду с непрерывным ростом парка экскаваторов постоянно осуществляются качественные изменения их рабочего оборудования, направленные на
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
18
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

увеличение производительности и снижение энергоѐмкости процесса копания грунта, посредством создания и внедрения новых рациональных и технических решений. Темой дипломного проекта является «Модернизация рабочего оборудования одноковшового экскаватора», в данной работе предложено следующее техническое решение: установка дополнительного рабочего оборудования, которое позволит экскаватору выполнять вскрышные работы с асфальтобетонным покрытием, что позволяет расширить область применения данной машины.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности одноковшового гидравлического экскаватора на пневмоколесном ходу. Задача решается тем, что 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. Технический результат – повышение эффективности экскаватора.
С учетом выше изложенного, целесообразно рекомендовать дорожно- строительным предприятиям использовать предлагаемое оборудование в дорожном строительстве.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
19
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

2. Расчет основных параметров
2.1. Выбор главных параметров
К основным параметрам гидравлических одноковшовых экскаваторов относятся: емкость ковша, масса экскаватора, мощность двигателя, рабочие размеры экскаватора, а также давление и производительность насосов.
2.2. Баланс мощности привода
Мощность двигателя расходуется на привод насосов гидросистемы, поэтому необходимо, чтобы соблюдалось следующее неравенство:
дв
тр
N
N

(2.1) где N
тр
– требуемая мощность, кВт;
N
дв
–мощность двигателя, кВт.
На данном экскаваторе установлена насосная установка мощностью N
тр
=51,5 кВт, а мощность двигателя N
дв
=110 кВт, так как
110 5
,
51



дв
тр
N
N
кВт, то мощности двигателя достаточно для работы машины.
2.3. Расчет гидравлической системы экскаватора. Определение
расчетных нагрузок
Усилия, действующие в гидроцилиндрах привода рабочего оборудования можно определить графическим методом. При этом методе составляют уравнения моментов внешних сил и сил веса звеньев, приложенных в центрах тяжести, относительно осей вращения звеньев рабочего оборудования.
Определим усилие на штоке гидроцилиндра стрелы (рисунок 2.1). В данном случае гидроцилиндр работает на втягивание.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
20
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Рисунок 2.1 – Усилия действующие на рабочее оборудование экскаватора
Составим уравнение моментов относительно точки О:
0


O
M
0 02 02 01 01




















цс
цс
к
к
цк
цк
р
р
цр
цр
цс
цc
с
c
a
P
z
a
Р
a
Р
a
G
a
G
a
G
a
G
a
G
a
G
(2.2)
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
21
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Выражая
Р
цс
(усилие на штоке гидроцилиндра стрелы), получаем:
цс
к
к
цк
цк
р
р
цр
цр
цс
цc
с
c
цс
a
z
a
Р
a
Р
a
G
a
G
a
G
a
G
a
G
a
G
P


















02 02 01 01
, где G
с
, G
цс
, G
цр
, G
р
, G
цк
, G
к
– веса элементов рабочего оборудования, причѐм
a
с
, a
цс
, a
цр
, a
р
, a
цк
, a
к
, a
01
, a
02
– плечи действия соответствующих сил, м; z – количество гидроцилиндров стрелы (z=2).
Р
01
– касательная составляющая сопротивления грунта копанию, кН;
Р
02
– нормальная составляющая сопротивления грунта копанию, кН.
Касательная составляющая определяется по формуле:
уд
k
h
b
P



01
, кН,
(2.3) где b – ширина режущей части ковша, м; h – толщина стружки, м; k
уд
– удельная сила копания, Н/м
2
Ширину режущей чисти ковша определим по формуле:
26
,
0 51
,
1 3



q
b
, м
(2.4) где q – вместимость ковша, м
3 14
,
1 26
,
0 8
,
0 51
,
1 26
,
0 51
,
1 3
3







q
b
м
Согласно рекомендациям, максимальная толщина стружки равна (0,25…0,3)b.
29
,
0 14
,
1 25
,
0 14
,
1
)
3
,
0 25
,
0
(





h
м
(2.5)
Принимаем h=0,29 м.
Удельную силу копания выбираем в зависимости от объѐма ковша. Для расчѐтов примем k уд
=140 кН/м
2
Определяем Р
01
:
46 10 140 29
,
0 14
,
1 3
01





P
кН
По рекомендациям, нормальную составляющую сопротивления грунта копанию можно принимать равной:
Р
02
=0,4
Р
01
;
(2.6)
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
22
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Р
02
=0,4 46=18,4 кН
кН
P
цс
205 7
,
0 2
2
,
0 4
,
18 9
,
6 46 4
7
,
0 9
,
5 7
,
0 3
,
4 8
,
0 9
,
4 8
,
0 6
,
4 8
,
0 3
,
3 9
,
0 8
,
0 2
,
2 2
2























Рассчитаем усилие на штоке гидроцилиндров рукояти.
Составим уравнение моментов относительно точки А:
0


A
M
,
0 7
6 02 5
01 9
4 8
3 2
1



















b
P
b
Р
b
Р
b
G
b
G
b
G
b
G
b
G
b
G
цp
к
к
цк
цк
р
цр
(2.7)
Выражая Р
цс
(усилие на штоке гидроцилиндра стрелы), получаем:
7 6
02 5
01 9
4 8
3 2
1
b
b
Р
b
Р
b
G
b
G
b
G
b
G
b
G
b
G
P
к
к
цк
цк
р
цр
цp

















, где: b
1
, … , b
7
– плечи действия соответствующих сил, м;
Подставляя значения, получаем :
кН
P
цp
111 5
,
0 8
,
2 4
,
18 3
,
2 46 16
,
0 7
,
0 8
,
1 7
,
0 1
,
0 8
,
0 8
,
0 8
,
0 4
,
0 8
,
0 3
,
1 9
,
0


















Определим усилие на штоке гидроцилиндра ковша. Данный расчѐт производится в два этапа: находим усилие (Р) в тяге KM (Рисунок 2.2), составляя уравнение относительно точки В; составляя уравнение моментов относительно точки N находим усилие на штоке гидроцилиндра (Р
цк
).
0


B
M
,
0 3
4 02 2
01 1








с
P
c
Р
с
Р
c
G
к
(2.8)
Выражая Р, получаем:
3 1
4 02 2
01
с
с
G
c
Р
с
Р
P
к







, где: с
1
,с
2
,с
3
– плечи действия сил.
95 7
,
0 7
,
0 7
,
0 4
,
0 4
,
18 3
,
1 46







P
кН
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
23
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ

Рисунок 2.2 – Расчетная схема для определения усилия в тяге КМ
Найдѐм усилие на штоке гидроцилиндра:
0


A
M
,
0 2
1




d
P
d
P
цк
(2.9)
Выражая Р
цк
, получаем:
2 1
d
d
Р
P
цк


, где d
1
,d
2
– плечи действия сил
56 35
,
0 3
,
0 66



цк
P
кН
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
24
ЮУрГУ.150302.2019.921.00.00.ПЗ