Проект разработки цепного траншейного экскаватора с баровым рабочим оборудование

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1 ВЫБОР АНАЛОГА ПРОЕКТИРУЕМОЙ МАШИНЫ 7

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ 12

3 БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ 15

3.1 Расчет затрат мощности на привод рабочего оборудования 15

3.2 Расчет затрат мощности на привод ходового устройства 16

3.3 Расчет затрат мощности на управление рабочим органом 17

3.3.1 Составление гидравлической схемы 17

3.3.2 Определение усилия в гидроцилиндре 19

3.3.3 Подбор гидроцилиндра 23

3.3.4 Выбор гидронасоса 24

3.3.5 Определение затрат мощности 24

4 УСТОЙЧИВОСТЬ МАШИНы 26

4.1 Продольная устойчивость в транспортном режиме 28

4.2 Поперечная устойчивость в транспортном режиме 30

5 РАСЧЕТ ПРИВОДА РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ 32

5.1 Кинематический расчет 32

5.2 Выбор материалов и определение допускаемых напряжений 34

5.3 Расчет зубчатых колес 36

6 МЕТРОЛОГИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ 41

7 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ 43

7.1 Общие требования безопасности 43

7.2 Требования безопасности перед началом работ 44

7.3 Требования безопасности во время работы 45

7.4 Требования безопасности в аварийной ситуации 47

7.5 Требования безопасности по окончании работы 48

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 49

ПРИЛОЖЕНИЕ А 51

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Цепной траншейный экскаватор относится к экскаваторам непрерывного действия, рабочий процесс которого происходит при постоянном движении базового тягача. В строительстве  цепные траншейные экскаваторы наиболее широко применяют для получения  протяженных выемок прямоугольного (траншеи) и трапециадального (каналы) сечений. Также их применяют при разработке карьеров строительных материалов (глины, гравия, песка). Дополнительным преимуществом их на работах этого вида наряду с высокой производительностью является измельчение добываемого сырья (особенно глины) до однородной массы, необходимой для ее последующей обработки.

В результате совмещения по времени операций резания и транспортирования  грунта цепные траншейные экскаваторы  имеют более высокую производительность по сравнению с одноковшовыми экскаваторами. Однако они менее универсальны и могут успешно применяться при достаточно большом и сосредоточенном объеме однотипным работ.

Цепь экскаватора может  быть оснащена ковшами, скребками, резцами  и др., в зависимости от его  назначения и категории разрабатываемого грунта.

Для разработки мерзлых  грунтов (V – VIII категории) в качестве цепи используют баровую цепь, представляющую собой цепь с зубками из износостойких сталей с твердосплавными пластинами, выставленных на цепи под разными углами, образуя несколько линий резания. Аналогичные цепи используют во врубовых машинах горнодобывающей промышленности.

Баровые грунторезные машины используются как для рыхления, так  и для экскавации мерзлого грунта. Ширина траншей, отрываемых баровыми машинами, доходит до 500 мм. Эти машины применяют также для отделения мерзлого грунта от массива при открытых разработках полезных ископаемых. Кроме того, самоходные баровые машины используют для нарезания щелей в мерзлом и трудноразрабатываемом талом грунтах под укладку кабельных коммуникаций и в ряде случаев для нарезания продольных и поперечных щелей в мерзлом грунте, обеспечивающего последующую отрывку траншей и котлованов обычнвми экскаваторами. Машины созданы на базе тракторов и цепных траншейных экскаваторов; в качестве рабочего навесного оборудования используются как готовые бары врубовых машин, так и специально изготовленные режущие цепи.

Разработка мерзлого грунта баровыми машинами менее энергоемка, по сравнению с другими машинами, предназначенными для этих целей, поскольку рыхлению подвергается не весь массив грунта, а только в объеме щелей, располагаемых на определенном расстоянии друг от друга. Основным недостатком машин является быстрый износ резцов, их малая надежность и долговечность, поскольку мерзлый грунт обладает высокой абразивностью.

На базе мощных тягачей  часто создают машины с двумя  и более одновременно работающими барами, что позволяет за один проход машины прорезать в грунте сразу несколько параллельных щелей.

Комплекс работ по исследованию режимов резания мерзлых грунтов  и конструкций баровых грунторезных машин, а также по обоснованию эффективности их применения выполнен Томским политехническим институтом под руководством д-ра техн. Наук О.Д. Алимова. Начиная с 1960 г., исследованиям и анализу опыта эксплуатации баровых машин уделяют внимание ВНИИСтройдормаш и ВНИИЗеммаш.

В настоящее время выпуском баровых грунторезных машин занимаются такие предприятия как Амкодор, МРМЗ (Михневкий ремонтно-механический завод), КМЗ (Копейский машиностроительный завод), ДЭЗ (Дмитровский экскаваторный завод) и др. В большинстве случаев в качестве базового тягача для этих машин используют пневмоколесные тракторы МТЗ-80(82) “Беларус” или гусеничные Т-170, Т-130, ДТ-75, которые часто спереди оборудуются бульдозерным отвалом.

В данном курсовом проекте  разрабатывается конструкция цепного  траншейного экскаватора с баровым рабочим оборудованием для VII категории грунта для прорезания щели с параметрами: ширина – 0,1 м; глубина – 1,5 м.

 

1 ВЫБОР  АНАЛОГА ПРОЕКТИРУЕМОЙ МАШИНЫ

В качестве аналога выбираем наиболее приближенную по характеристикам  машину – баровая грунторезная машина БГМ-1 производства Михневского ремонтно-механического  завода. Ее технические характеристики приведены в таблице 1.

БГМ-1 предназначены для прокладки траншей для газо- и водопроводов, сетей канализации, связи и электропередачи, планировочных и земляных работ.

 

Таблица 1 – Технические характеристики БГМ-1

Параметр	Значение
Базовая машина
Трактор (колесное шасси)	МТЗ-82.1 “Беларус”
Марка двигателя	Д-243
Мощность, кВт (л.с.)	59,6 (81)
Габаритные размеры машины с баровой  навеской, мм:     - длина      - ширина     - высота	6650  2060  2765
Масса машины, кг	6500
Рабочее оборудование
Тип режущей цепи	“Урал-33”
Материал режущей части резцов	твердый сплав
Категория грунта	IV-V, мерзлый грунт
Регулирование рабочей скорости	бесступенчатое
Привод ходоуменьшителя	гидромеханический
Привод механизма управления барами	гидравлический
Скорость резания, м/с	3±0,5
Рабочая скорость, м/час	до 60
Диапазон регулирования скорости движения экскаватора с включенным гидроходоуменьшителем (ГХУ-04М), м/ч	от 0 до 1262
Глубина прорезаемой щели, мм	1400, 1600
Ширина прорезаемой щели, мм	140
Дополнительное оборудование
Отвал поворотный: Ширина отвала, мм Высота отвала, мм Масса отвала, кг	2060 800 700
Отвал снежный: Ширина отвала, мм Высота отвала, мм Масса отвала, кг	2520 670 700

 

На рисунке 1 представлен общий вид машины БГМ-1.

Баровая грунторезная машина БГМ-1 представляет собой трактор  МТЗ-82.1 (позиция 1), оборудованный навесной баровой установкой, которая крепится к трактору на кронштейне 6.

Баровая установка состоит из редуктора 2, рабочего органа 3, соединительной предохранительной муфты, ходоуменьшителя 4, гидроцилиндра 5, соединительной арматуры, рамы жёсткости 7, отвала 8.

 

Рисунок 1 – Баровая грунторезная машина БГМ-1

 

Крутящий момент от выходного  вала отбора мощности трансмиссии трактора через муфту передается на редуктор бары, имеющий одноступенчатую коническую передачу (40:13), а затем на ведущую звездочку режущего органа.

Режущий орган состоит  из направляющей с механизмом натяжения  цепи, двух звездочек, расположеных на ее концах и цепи со специальными зубками. Подъем и опускание режущего органа осуществляется силовым гидроцилиндром [16].

В проектируемой машине, как и в аналоге, в качестве шасси используется трактор МТЗ-82.1. Его общий вид приведен на рисунке 2, а технические характеристики в таблице 2.

Трактор МТЗ-82.1 "Беларус" производства Минского тракторного завода – универсальный трактор на пневмоколесном ходу, тягового класса 1,4, предназначенный для выполнения широкого спектра работ – от подготовки почвы под посев до уборочных и транспортных операций; может использоваться в лесном, коммунальном хозяйстве, строительстве и промышленности, приспособлен для работы в различных климатических зонах. Трактор МТЗ-82.1 отличает высокие надежность и экономичность при низких эксплуатационных затратах и высокой производительности [18].

Рисунок 2 – Трактор МТЗ-82.1 “Беларус”

 

Таблица 2 – Технические характеристики МТЗ-82.1 “Беларус”

Параметр	Значение
Двигатель
Марка	Д-243
Тип	дизельный с непосредственным впрыском, 4-тактный, рядный
Мощность, кВт (л.с.)	59,6 (81)
Рабочий объем, л	4,75
Количество цилиндров	4
Диаметр цилиндра, мм	110
Ход поршня, мм	125
Степень сжатия	16
Номинальная частота вращения, об./мин	2200
Максимальный крутящий момент при 1400 об./мин, Н∙м	289,7
Запас крутящего момента, %	15
Удельный расход топлива, г/(кВт∙ч)	220
Тип охлаждения	жидкостное
Трансмиссия
Тип сцепления	сухое, однодисковое, с дополнительным диском для привода независимого ВОМ
Тип коробки передач	механическая с редуктором, удваивающим количество передач
Количество передач:    - переднего хода    - заднего хода	18 4
Передаточные числа:    - I переднего хода    - II переднего хода    - III переднего хода    - IV переднего хода    - V переднего хода    - VI переднего хода    - VII переднего хода    - VIII переднего хода    - IX переднего хода    - I заднего хода    - II заднего хода    - понижающего редуктора	13,342 7,835 4,607 3,75 3,165 2,705 2,202 1,859 1 6,337 3,772 1,35

Продолжение таблицы 2

Параметр	Значение
Тип вала отбора мощности	независимый двухскоростной с гидромеханической системой управления
Частота вращения ВОМ:    - независимый I, об./мин    - независимый II, об./мин    - синхронный, об./м пути	570 1000 3,5
Ходовое оборудование
Тип	пневмоколесное
Колесная формула	4×4
Скорость движения, км/ч:    - вперед    - назад	1,89 – 33,4 3,98 – 8,97
Управление блокировкой дифференциала	гидромеханическое с включением под  нагрузкой
Режимы работы блокировки дифференциала:    - первый режим    - второй режим      - третий режим	“бл. диф. выкл.” “бл. диф. вкл. с авт. откл. при повороте направляющих колес на угол более 13°” “бл. диф. вкл. постоянно”
Тип переднего моста	портальный, с самоблокирующимся  дифференциалом
Режимы работы дифференциала переднего  моста:    - первый режим    - второй режим    - третий режим	“выкл.” “вкл. постоянно” “вкл. авт. при буксовании задних колес”
Тип тормозной системы	основные и стояночные – дисковые, сухие
Привод тормозов прицепов	пневматический, сблокированный с управлением  тормозами трактора
Рулевое управление	гидрообъемное, с насосом-дозатором  и гидроцилиндром в рулевой трапеции
Колея, мм:    - по передним колесам    - по задним колесам	1400 – 1900 1420 – 2100
Колесная база, мм	2450
Дорожный просвет (клиренс), мм:    - под передним  мостом    - под задним мостом	645 650
Наименьший радиус поворота, м	4,1
Размеры шин:    - передних колес    - задних колес	11,2-20 15,5R38
Глубина преодолеваемого брода, м	0,8
Гидросистема
Тип	гидронавесная, универсальная, раздельноагрегатная
Грузоподъемность, кг	3200
Номинальное давление, МПа	16
Вместимость, л	21
Электрооборудование
Генераторная установка:    - мощность, Вт    - выпрямленное напряжение, В	700 14
Стартер пусковой системы:    - мощность, кВт    - напряжение, В	4 12