Проект разработки цепного траншейного экскаватора с баровым рабочим оборудование

;

;

Отсюда

Н.

(3.13)

 

Положение 2. На рабочий  орган действуют усилие гидроцилиндра P_ц, сила тяжести рабочего органа G_б и реакция от препятствия T_р, которая определяется по формуле:

,

(3.14)

где T_макс – максимальное тяговое усилие, развиваемое базовым трактором с учетом пригрузки от силы тяжести навесного оборудования и вертикальной составляющей сил резания, Н.

Машина развивает максимальное тяговое усилие при максимальном крутящем моменте на двигателе и наибольшем передаточном числе трансмиссии, т.е.

,

(3.15)

где – максимальный крутящий момент на двигателе, Н∙м; Н∙м;

u_max – наибольшее передаточное число трансмиссии;

η_т – КПД трансмиссии; η_т = 0,85 [10, с. 26];

R_к – радиус приводного колеса, м; R_к = 0,78 м.

Наибольшее передаточное число трансмиссии для трактора МТЗ-82.1:

,

(3.16)

где u₁ – передаточное число 1-ой передачи трансмиссии; u₁ = 13,342;

u_п.р – передаточное число понижающего редуктора; u_п.р = 1,35.

.

Тогда максимальное тяговое  усилие

Н.

Проверим выполнение условия

,

(3.17)

где P_сц – сила сцепления ходового оборудования с опорной поверхностью, Н;

φ_сц – коэффициент сцепления пневмоколесного хода. Для грунта VII категории φ_сц = 0,32 [9, табл. 1.16];

G_сц – сцепная сила тяжести, Н. Для пневмоколесного хода:

,

(3.18)

где B – число ведущих осей машины; B = 2;

A – общее число осей машины; A = 2.

Сила тяжести машины с рабочим оборудованием

Н.

(3.19)

Сцепная сила тяжести машины

Н.

Проверим условие (2.17):

Н Н.

Условие выполняется.

Тогда по выражению (3.14)

Н.

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

;

;

Отсюда

Н.

(3.20)

 

Положение 3. На рабочий  орган действуют усилие в цилиндре P_ц и сила тяжести рабочего органа G_б.

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

;

;

Отсюда

Н.

(3.21)

 

Положение 4. На рабочий  орган действуют усилие в цилиндре P_ц и сила тяжести рабочего органа G_б.

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

;

;

Отсюда

Н.

(3.22)

 

Положение 5. Рассматривается резание грунта одним кулачком при максимальной глубине резания. На рабочий орган действует усилие гидроцилиндра P_ц, горизонтальная и вертикальная составляющие усилия резания P_г, P_в, сила тяжести рабочего оборудования (бара) G_б.

Силы R_г и R_в определим по методике Н.Г. Домбровского [7, с. 15]. Т.к. наибольшее количество резцов в одном кулачке составляет 2, то

,

(3.23)

где k_р – коэффициент удельного сопротивления резанию, МПа. Для грунта VII категории k_р = 2,5 МПа [7, табл. 1.1].

Н.

Вертикальная составляющая усилия резания определяется как  часть горизонтальной составляющей:

Н.

(3.24)

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

;

;

Отсюда

Н.

(3.25)

Знак “–“ означает, что усилие в гидроцилиндре направлено в противоположную сторону принятому направлению.

Таким образом, подбор гидроцилиндра  будет осуществлять по следующему значению усилия:

Н.

(3.26)

 

3.3.3 Подбор гидроцилиндра

Ход штока гидроцилиндра определяем графически, вычертив его положение в крайних точках движения. Ход штока составляет

мм.

(3.27)

В соответствии с ГОСТ 12445-80 из стандартного ряда [4, с. 8], учитывая ОСТ 22-1417-79 для гидроцилиндров двухстороннего действия [4, с. 89], принимаем номинальное давление в гидросистеме

МПа.

Т.к. гидроцилиндр используется для привода рабочего органа довольно большой массы, то, чтобы не применять  гидроцилиндр с торможением (демпфированием) поршня в конце хода, скорость его перемещения должна быть меньше 0,3 м/с [4, с. 250]. Поэтому принимаем скорость перемещения штока гидроцилиндра

м/с.

Определим перепад давления на гидроцилиндре

МПа.

(3.28)

Диаметр поршня определим  по формуле:

.

(3.29)

где φ – отношение  площадей поршня и штока гидроцилндра. Для гидроцилиндра двухстороннего действия φ = 1,6 [4, с. 90];

η_гм.ц – гидромеханический КПД гидроцилиндра; η_гм.ц = 0,95 [4, с. 250].

м мм.

По значениям номинального давления в гидросистеме, ходу штока  и диаметру поршня по ОСТ 22-1417-79 [4, с. 89] выбираем гидроцилиндр типоразмера 2.16.0.У-80×50×560. Гидроцилиндр исполнения 2 (на проушине с шарнирным подшипником и цапфах на корпусе – для крепления на кронштейне машины) на номинальное давление 16 МПа, без тормозных устройств поршня в конечных положениях, для умеренного климата, диаметр поршня D_п – 80 мм, диаметр штока d_ш – 50 мм, ход штока x_ш.г – 560 мм.

 

3.3.4 Выбор гидронасоса

Определим расход рабочей  жидкости, потребляемой гидроцилиндром по формуле:

м3/с.

(3.30)

Рабочий объем насоса определяют, исходя из необходимости обеспечения  максимальной подачи,

,

(3.31)

где Q_н – необходимая подача насоса, м³/с; Q_н = Q_ц = 4,6∙10^-4 м³/с;

n_н – частота вращения вала насоса, об/мин;

η_Vн – объемный КПД насоса; η_Vн = 0,95 [4, с. 280].

Т.к. частота вращения вала насоса не задана, то ориентировочно принимаем ее равной n_н = 1000 об./мин.

Тогда рабочий объем  насоса

м³ см³.

Выбираем аксиально-поршневой  нерегулируемый насос типа 210.16 со следующими параметрами [4, табл. 3.3]: V_н = 28,1 см³; p_ном = 16 МПа; p_max = 32 МПа; n_ном = 1920 об./мин; n_max = 3500 об./мин; n_min = 378 об./мин; полный КПД η_н = 0,91.

Т.к. номинальная частота  вращения двигателя базового трактора составляет n_c.у = 2200 об./мин, то передаточное число привода насоса составляет

.

(3.32)

Мощность гидронасоса

кВт.

(3.33)

 

3.3.5 Определение затрат мощности

Затраты мощности на привод гидронасоса определим по формуле:

,

(3.34)

где η_пр – механический КПД привода насоса. Принимаем η_пр = 0,85.

Тогда

кВт.

 

Таким образом, все затраты  мощности машины мы определили. Проверим, достаточно ли мощности двигателя базовой машины для покрытия этих затрат, по условию:

.

(3.35)

где N_с.у – мощность силовой установки, кВт; N_с.у = 59,6 кВт.

кВт кВт.

Таким образом, условие  баланса мощностей выполняется  и мощности силовой установки базовой машины достаточно на покрытие всех потерь при работе машины.

 

4 УСТОЙЧИВОСТЬ МАШИНы

Опрокидывание баровой  машины, как и многоковшового цепного  траншейного экскаватора, во время работы невозможно из-за жесткой навески рабочего оборудования. Расчет устойчивости производится только для транспортного режима [10, с. 243].

Расчет ведем по [10, с. 228], а необходимые для расчета параметры берем из [1, 12].

Перед тем, как рассчитывать устойчивость, определим координаты центра тяжести машины с рабочим оборудованием в продольной и поперечной плоскости (рисунок 5, 6). На рисунках L = 2,45 м – база трактора; B = 1,5 м – колея трактора.

Рисунок 5 – Схема к определению центра тяжести машины в продольной плоскости

 

Определим координаты центра тяжести машины в продольной плоскости  по формулам:

;	(4.1)
,	(4.2)

где G_т, m_т – соответственно, сила тяжести и масса базовой машины (трактора МТЗ-82.1) с бульдозерным отвалом;

G_к, m_к – сила тяжести и масса кронштейна крепления бара и редуктора, а также самого редуктора;

G_б, m_б – сила тяжести и масса бара;

G, M – общая сила тяжести и масса машины.

В соответствии с разделом 2 и пунктом 3.3.2 имеем:

кг;	(4.3)
кг;	(4.4)
кг;	(4.5)
кг.	(4.6)

Тогда координаты центра тяжести  машины в продольной плоскости:

м;

м.

 

Рисунок 6 – Схема к определению центра тяжести в поперечной плоскости

 

Определим координаты центра тяжести машины в поперечной плоскости  по формулам:

м;	(4.7)
м.	(4.8)

 

4.1 Продольная устойчивость в транспортном режиме

В ходе торможения при спуске машины с уклона возможно опрокидывание машины относительно точки A (рисунок 7) или сползание ее по наклонной поверхности. При опрокидывании машины предельный угол уклона определяется выражением:

(4.9)

где l_ц, h_ц – координаты центра тяжести машины относительно точки A, м;

1,2 – коэффициент запаса  устойчивости.

Рисунок 7 – Схема к определению предельного продольного угла уклона при спуске

 

Как видно из рисунка 7:

м;	(4.10)
м.	(4.11)

Тогда предельный угол уклона:

.

Для машины с пневмоколесным движителем со всеми тормозными колесами угол уклона по сцеплению находится  из выражения: