Проектирование одноковшового гидравлического экскаватора ЕК-8

 

 

 

 

Получаем: G_c2=(0.8…1.0)·1.5·9.81·0.5=6…7.5 кН. Принимаем G_c2=7.0 кН.

G_цc2=m·g – вес цилиндра стрелы складывания, кН.

Получаем: G_цс2=60·9.81=588.6 Н. Принимаем G_цр=1.52 кН.

Тогда:

Диаметры цилиндров поворота стрелы определим в соответствии с формулами (4.6) и (4.7):

  мм;

 мм.

Из справочника [9, приложение табл.2.5] принимаем ЦС 110х70х800.

Рассчитаем массу гидроцилиндра по формуле (4.8).

Таким образом, проведенные расчёты  показали, что при работе разными  видами рабочего оборудования на гидроцилиндры  действуют различные силы, и соответственно диаметры гидроцилиндров предназначенных  для работы с максимальными усилиями разные. Поэтому, что бы рабочее оборудование и сам экскаватор удовлетворяли эксплуатационным требованиям работая как прямой, так и обратной лопатой с максимальными усилиями, выбираем по табл.2.6 [9] следующие гидроцилиндры:

Один гидроцилиндр стрелы: ЦС 110х70х800.

Один гидроцилиндр складывания  стрелы: ЦС 110х70х550.

Один гидроцилиндр рукояти: ЦС 100х63х900.

Один гидроцилиндр ковша: ЦС 100х63х630.

Так как рабочий орган – ковш имеет возможность вращаться  в горизонтальной плоскости, а сама конструкция ковша имеет две челюсти и позволяет работать грейфером, а также брать штучные грузы, принимаем с учётом технологических специфических условий работы, из конструктивных соображений с точки зрения унификации, и с необходимым запасом при работе с максимальными нагрузками, следующие гидроцилиндры:

Два гидроцилиндра разъёма челюстей ковша – ЦС 100х63х630[9].

 

 

Рисунок 4.1 Расчётная схема экскаватора М 1:20.

 

4.2 Определение потребной производительности  насосов

 

Расход рабочей жидкости идёт для копания и разработки грунта, на опорно - поворотное устройство и на ходовую часть. Максимальный расход жидкости идёт на работу рабочего оборудования. Определим расход при совмещении операций работы стрелы и рукояти по формуле:

 м³/с;                 (4.9)

 где А_цс и А_цр – соответственно площади поршней штоков цилиндров стрелы и рукояти;

v_шт.с и v_шт.р – соответственно скорости перемещения штоков стрелы и рукояти; v_шт=0.1…0.2 м/с. Принимаем v_шт.с=v_шт.р=0.12 м/с. [9]

, м²                                           (4.10)

Тогда:

Для выбора насоса найдём необходимый  рабочий объём, выразив его из следующей зависимости:

,                                     (4.11)

 где q_раб – рабочий объём, см³/об;

n – частота вращения, об/мин;

η_об=0.94…0.98 – объёмный КПД насоса. Принимаем η_об=0.95.

Частота вращения находится в пределах n=1200…2500 об/мин.

Тогда из формулы (4.11):

  см³/об.

Для сдвоенного насоса: 53.3…26.6 см³/об.

По таблице приложения 2.1 [9] выбираем насос сдвоенный аксиально – поршневой регулируемый с наклонным диском НП 112 с рабочим объёмом Q=126.8 л/мин, рабочим объемам q=89 см³/об и номинальной частотой вращения вала 1500 об/мин, массой 78 кг.

 

 

4.3 Расчёт трубопроводов

 

Определим потребное давление насоса [9]:

 

Р=Р_ц+Р_с,                                                (4.12)

 

 где Р_ц – рабочее давление в гидросистеме Р_ц=30МПа;

Р_с – давление, которое затрачивается на преодоление сопротивлений на пути копания к гидроцилиндру:

 

, Мпа                                  (4.13)

 

 где μ – динамическая вязкость  жидкости, кг·с/м²;

l – приведенная длина трубопровода, м;

v_м – скорость масла в трубопроводе, м/с;

d_о – внутренний диаметр трубопровода, м.

 

, кг·с/м²                                    (4.14)

 

Задаёмся маркой рабочей жидкости МГ – 30, летнее; принимаем температуру внутри маслопровода –20⁰С, при Т=20⁰С кинематическая вязкость υ=350 сСт, объёмный вес γ=895 кг/м³ [7, с.206].

Получаем: кг·с/м².

Принимаем приведенную длину трубопроводов  l=70 м. При этом основываемся на том, что каждый золотник дает прибавление к общей длине порядка 3м и сопротивление в резиново – металлических рукавах высокого давления в два раза больше чем в стальном трубопроводе.

Скорость масла в трубопроводе определим из условия равенства  расходов в маслопроводе и гидроцилиндре:

 

,                               (4.15)

 

 где v_п=0.1 м/с – скорость поршня;

- расход через гидроцилиндры,  м³/с.

Наибольший расход будет при  включении цилиндров стрелы и  рукояти, откуда следует, что:

  м³/с.

Принимаем внутренний диаметр трубопровода d_o=45 мм. Тогда скорость масла:

 м/с.

Скорость масла в напорной линии  допускается 5м/с, следовательно диаметр трубопровода выбран правильно.

Число Рейнольдса:

;                                       (4.16)

 

Получаем: =752.1>2320,что говорит о том, что мы имеем турбулентный режим течения масла МГ – 30 в трубопроводах.

Тогда:

  МПа.

Тогда потребное давление: Р=30+0.45=30.45 МПа.

 

 

4.4 Расчёт мощности  двигателя экскаватора и его  выбор

 

Мощность, затрачиваемая на привод насоса определяется по формуле:

 

, кВт                                         (4.17)

 

 где Q=Q_max=Q_вых.н – расход гидравлической жидкости.

С учётом потерь в насосе и механических потерь получим следующую зависимость:

; кВт                                   (4.18)

 

 где η_о – общий КПД насоса. Примем η_о=0.93 [9];

 η_мех –КПД механизма привода. Примем η_мех=0.95 [9].

Получим:

 кВт;

Необходимую мощность двигателя найдем учитывая потери на трение в редукторе:

, кВт                                          (4.19)

 

 где η_ред=0.95 – кпд редуктора.

Получаем:

  кВт.

По каталогу выбираем двигатель  – дизель Д-243    RE37834 [11], со следующими техническими характеристиками:

 Мощность номинальная, кВт (л.с.)                                             60 (81)

Число цилиндров 4

Частота вращения коленчатого вала        n_ном=2000 об/мин; n_min=450 об/мин

Удельный расход топлива                                                             220 г/(кВт·ч)

Масса сухая, кг 386

Максимальный крутящий момент, Н·м 290

Подберём редуктор на привод главного насоса.

 

Передаточное число  очень малое, значит делаем вывод, что  редуктор не нужен.

 

 

 

 

 

4.5. Расчёт механизма передвижения

 

Для подбора гидромотора хода рассматриваем экскаватор в наиболее тяжёлых условиях, т.е. когда экскаватор идёт на подъём при максимально допустимом угле подъёма.

Мощность, необходимая  на преодоление сил сопротивления 

 

N_х=Wx·Vx                                              (4.20)

 

    где    W_x — сопротивление хода;

V_x — скорость передвижения, V_x=2.1…2.7 км/ч

Принимаем V_x=0,6 м/с

 

W_x=9,81·G·f·cos +9.81·G·sin                     (4.21)

 

    где     f — коэффициент сопротивления качению, f=0.03…0.2

принимаем  f=0.08

Тогда                                  W_x=9,81·15·0,4·cos22⁰+9.81·15·sin22⁰=36.7 кН

Тогда                                  N_x=36.7·0,6=22 кВт

Мощность на валу гидромотора

 

                                    (4.22)

 

    где     — КПД заднего моста, принимаем   =0,92;

               — КПД трансмиссии,  принимаем =0,98;

  — КПД коробки переключения передач, принимаем =0,91

 

Тогда                      N_гм=Nх/( _{· ·} )=26,8 кВт.

Чтобы подобрать гидромотор нужно знать расход гидромотора  при номинальном давлении, Р_ном=16 МПа.

 

                                           (4.23)

 

Из выражения (4,22) выражаем Q

 

Q=60·N_гм/р_ном=60·26,8/16=100,5 л/мин

 

Гидромотор подбираем  по рабочему объёму.

 

                                           (4.24)

 

     где        q_уд — рабочий объём;

     n — частота вращения вала мотора, n=1000…1500;

     — объёмный КПД мотора, =0,97;

 

 

Принимаем гидромотор аксиально-поршневой  с наклонным блокам. Гидромотор  типа 303.3.80 [9].

Номинальный крутящий момент, Нм                          240

Частота вращения, мин^-1                                              

    номинальная                                                               1500

Рабочий объём, см³/об                                                  80

Давление на входе, МПа                                          

    номинальное                                                               20

    максимальное                                                             35

КПД гидромотора                                                       

   объёмный                                                                     0,95

   общий                                                                           0,90

Масса, кг                                                                         25

 

Исходные данные для  проектирования редуктора хода

 

Изобразим расчётную  схему

Рисунок 4.2 Расчётная схема механизма передвижения

 

 

 

Число оборотов ведущего колеса

 

                                                           (4.25)

 

где D_к — диаметр обода колеса, D_к=1018 мм = 0.1 м.

 

 

Передаточное число  редуктора

 

U_р=n_г.м/n_к=1316/114.6=11.48 

 

Принимаем цилиндрический горизонтальный двухступенчатый  редуктор 2Ц2-100Н.  с передаточным числом     U_р=10, номинальным крутящим моментом 475 Н·м.

 

 

 

4.6. Расчёт механизма поворота платформы

 

Мощность на вращение поворотной платформы

 

                              (4.26)

 

где I — момент инерции поворотной платформы.

 

 

• — КПД механизма поворота,

— угол поворота платформы, принимаем  ;

t_п — время поворота на соответствующий угол, при n=8 мин^-1, t_п=10 c

 

 

Мощность гидромотора поворотной платформы

 

 

Необходимый расход гидромотора  при номинальном давлении

 

                                        (4.27)

 

 

Гидромотор подбираем по рабочему объёму.

Рабочий объём гидромотора:

 

 

 

Принимаем нерегулируемый гидромотор аксиально-поршневой с наклонным блокам. Гидромотор  типа 310.2.28 [9]:

Номинальный крутящий момент, Нм                          84

Частота вращения, мин^-1                                              

    номинальная                                                               1920

Рабочий объём, см³/об                                                  28

Давление на входе, МПа                                          

    номинальное                                                               20

    максимальное                                                             32

КПД гидроматора                                                       

объёмный                                                                     0,90

общий                                                                                 0,90