Проект разработки цепного траншейного экскаватора с баровым рабочим оборудование

Продолжение таблицы 2

Параметр	Значение
Тип подогревателя пусковой системы	электрофакельный
Общие
Габаритные размеры, мм:    - длина    - ширина    - высота	3930 1970 2780
Конструкционная масса, кг	3240
Эксплуатационная масса, кг	3700
Распределение эксплуатационной массы, кг:    - на переднюю ось    - на заднюю ось	1295 2405
Полная масса прицепа, кг	12000
Среднее давление на грунт, МПа	0,14
Вместимость топливного бака, л	130
Координаты центра тяжести, мм    - x    - y	930 965

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Длина бара определяется следующей  зависимостью:

,

(2.1)

где H_щ – глубина прорезаемой щели, м; H_щ = 1,5 м;

H_п – минимальная высота приводного вала режущей цепи над уровнем грунта, м. Это значение принимаем как у аналога. Тогда H_п = 0,725 м;

β – угол наклона бара к вертикали, град.; β = 30°.

Тогда

м.

Ширина реза

,

(2.2)

где B_щ – ширина прорезаемой щели, м; B_щ = 0,1 м;

n_л – число линий резания.

Число линий резания  найдем по теории подобия:

,

(2.3)

где n_л.пр, n_л.ан – число линий резания, соответственно, проектируемой машины и аналога; n_л.ан = 9;

B_щ.пр, B_щ.ан – ширина прорезаемой щели, соответственно, проектируемой машины и аналога, м; B_щ.ан = 0,14м.

Отсюда

.

(2.4)

Т.к. на большинстве машин  применяют семи- и девятилинейные цепи [3, с. 194], то принимаем n_л = n_л.пр = 7. С учетом этого

м.

Толщина реза (стружки) определяется выражением:

,

(2.5)

где S_ср – средняя величина сечения среза, м², S_ср = 0,0002…0,00035 м² [13, с. 166].

м.

Аналог имеет при длине  бара L_б.ан = 2 м длину цепи L_ц.ан = 5,244 м. Тогда в нашем случае длина цепи составит

м.

(2.6)

Шаг цепи составляет t_ц = 0,076 мм. Тогда количество кулачков в цепи

.

(2.7)

Принимаем z_к = 89. Уточним длину цепи:

м.

(2.8)

На практике бесковшовые  цепные траншеекопатели проектируются  с использованием нескольких схем расстановки резцов на исполнительном органе. Наибольшее распространение получила схема – симметричная «елочка» (рисунок 3) [15, с. 12].

 

Рисунок 3 – Схема расстановки зубков баровой цепи

 

Определим количество режущих  зубков на одной линии резания z_л.

Как видно из рисунка  3, на каждой линии резания зубок устанавливается через 3 кулачка на 4. Тогда

.

(2.9)

Скорость резания (цепи) аналога составляет 2,5 – 3,5 м/с. Для  разрабатываемой машины принимаем это значение таким же, т.е.

м/с.

Тогда рабочая скорость передвижения машины

м/ч.

(2.10)

Массу машины рассчитаем следующим  образом. Т.к. и проектируемая машина и аналог имеют одинаковое шасси, а также снабжены одним и тем же бульдозерным отвалом, то их массы будут различаться только за счет массы барового рабочего органа (вместе с трансмиссией и крепежными деталями и механизмами управления). Таким образом, масса барового рабочего органа аналога составит:

,

(2.11)

где M – масса машины, кг; M = 6500 кг;

m_б.от – масса бульдозерного отвала, кг; m_б.от = 700 кг;

m_ш – масса шасси, кг. Т.к. шасси – МТЗ-82.1, то m_ш = 3700 кг.

Тогда масса барового рабочего оборудования аналога

кг.

По теории подобия определим  массу бара проектируемой машины

кг.

(2.12)

Из формулы (2.11) общая масса проектируемой машины составит

кг.

 

3 БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ

Мощность двигателя баровой  машины должна быть больше суммы мощностей, затрачиваемых на привод рабочего органа, привод ходового устройства, на заглубление и подъем рабочего органа, преодоление подъемов и уклонов [3].

 

3.1 Расчет затрат мощности на привод рабочего оборудования

Для начала определим теоретическую производительность баровой машины по формуле:

,

(3.1)

где F_щ – площадь поперечного сечения щели, м²;

м2.

(3.2)

Тогда теоретическая производительность

м³/ч.

Затраты мощности на привод рабочего органа складываются из затрат на разработку грунта, на подъем грунта до точки разгрузки и разгон грунта, на сопротивление трению грунта о грунт.

Следующая формула учитывает  все эти составляющие:

,

(3.3)

где K – удельное сопротивление резанию, МПа; K = 7 МПа для грунтов VII категории [10, табл. 2.19];

ρ – плотность грунта, кг/м³. Для грунта VII категории ρ = 2400 кг/м³ [9, табл. 1.16];

H_р – высота подъема грунта от поверхности земли до уровня разгрузки, м. Т.к. разгрузка грунта может происходить в любой точке между поверхностью земли и наивысшей точкой цепи, принимаем H_р = H_п = 0,725 м.

ρ_в – угол внутреннего трения грунта, град. Для грунта VII категории ρ_в = 40° [9, табл. 1.16];

η_ц – КПД цепного рабочего органа; η_ц = 0,7 [9, табл. 1.16];

α – угол наклона траектории режущей кромки резца.

.

(3.4)

Отсюда

.

(3.5)

кВт.

 

3.2 Расчет затрат мощности на привод ходового устройства

Мощность, затрачиваемая  на передвижение машины, определяется по формуле:

,

(3.6)

где W_к – горизонтальная составляющая сопротивления резанию, кН;

W_т – сопротивление трения грунта о грунт забоя, кН;

W_пер – сопротивление передвижению машины, кН;

v_р.п – скорость рабочего передвижения машины, м/ч; v_р.п = 91,3 м/ч;

η_х – КПД колесного ходового устройства; η_х = 0,85.

Горизонтальная составляющая сопротивления резанию равна

кН.

(3.7)

Сопротивление трению грунта о грунт забоя равно

(3.8)

кН.

Сопротивление передвижению машины определяется по формуле:

,

(3.9)

где f – коэффициент сопротивления передвижению. Для колесного хода и грунта VII категории f = 0,11 [9, табл. 1.16];

i – преодолеваемый подъем; i = 0,1 [10, с. 95].

кН.

Тогда по формуле (3.6) мощность, затрачиваемая на передвижение машины,

кВт.

 

3.3 Расчет затрат мощности на управление рабочим органом

3.3.1 Составление гидравлической схемы

Составим гидравлическую схему управления рабочим органом. Рабочий орган будет управляться одним силовым гидроцилиндром, который будет приводиться в действие гидронасосом, а управляться золотниковым гидрораспределителем. Гидравлическая схема представлена на рисунке 4.

Рабочая жидкость из бака 1 насосом 2 подается по трубопроводу в  золотниковый трехпозиционный гидрораспределитель 3. Гидрораспределитель в позиции a подает жидкость в поршневую область гидроцилиндра 4, а жидкость, выходящая при этом из штоковой области, идет на слив в бак, при этом шток гидроцилиндра выдвигается. В позиции с, наоборот, жидкость подается в штоковую область, а из поршневой выходит на слив, и шток гидроцилиндра втягивается. Позиция b является нейтральной. В этом случае жидкость из гидрораспределителя сразу подается в сливной патрубок.

В схеме предусмотрен предохранительный клапан 5, который настроен на максимально допустимое давление в системе, и при его увеличении он открывается, понижая давление до допустимого.

Двусторонний гидрозамок 6 перекрывает обе гидролинии, идущие к гидроцилиндру. Он не пропускает жидкость при отсутствии управляющего воздействия ни в одной из линий, а при его наличии пропускает в жидкость в обоих направлениях в обоих гидролиниях. Он установлен для надежной фиксации и предотвращения самопроизвольного рабочего органа машины при нейтральном положениигидрораспределителя.

 

Рисунок 4 – Гидравлическая схема управления рабочим органом:

1 – гидробак; 2 – насос; 3 – гидрораспределитель; 4 – гидроцилиндр; 5 – предохранительный

клапан; 6 – гидрозамок; 7 – фильтр рабочей жидкости.

 

В сливной линии установлен фильтр 7 для очистки рабочей жидкости. Он установлен в паре с предохранительным клапаном. При забивании фильтра или других причинах повышения давления клапан срабатывает и пускает жидкость в бак, минуя фильтр, тем самым предохраняя гидросистему от повреждений.

 

3.3.2 Определение усилия в гидроцилиндре

Для определения мощности, затрачиваемой на подъем/опускание  бара подберем, для начала, гидроцилиндр управления баром. Для этого, согласно [10, с. 182], определим усилие в гидроцилиндре в следующих расчетных положениях:

1. Рабочее положение, рама рабочего органа опущена на максимальную глубину под углом 30° к вертикали. Гидроцилиндр подъема бара находится в запертом положении.
2. Рабочее положение по п. 1. Встреча рабочего органа на максимальной глубине с непреодолимым препятствием.
3. Транспортное положение. Рама рабочего органа поднята на максимальную высоту под углом 60° к горизонту.
4. Перевод рабочего органа из транспортного положения в рабочее. Рама расположена горизонтально.
5. Заглубление рабочего органа.

Рассмотрим нагрузки, возникающие в указанных положениях. Схемы расчетных положений приведены в приложении А.

Положение 1. На рабочий  орган действует усилие гидроцилиндра P_ц, горизонтальная и вертикальная составляющие усилия резания R_г, R_в, сила тяжести рабочего оборудования (бара) G_б.

Горизонтальная составляющая усилия резания была определена по формуле (3.7) и составляет

кН Н.

(3.10)

Тогда вертикальная составляющая равна

кН Н.

(3.11)

Т.к. гидроцилиндр управляет  лишь баром, а не всей навесной установкой, то сила тяжести, рассматриваемая при  дальнейших расчетах будет приниматься  следующей:

Н.

(3.12)

Из суммы моментов действующих  сил относительно точки A определим усилие в гидроцилиндре.