Проектирование каналокопателя

7. расчет технологического оборудования

 

7.1 Расчет исполнительного механизма.

 

Для подбора гидроцилиндра необходимо определить силу, необходимую на штоке  гидроцилиндра. Для схемы, приведённой  на рис 6.1. составляем уравнение суммы  моментов относительно точки О:

                  _(о) = 0                                        (7.1)

Отсюда:

 кН.

 

Рис. 6.1. Схема к определению силы, действующей на шток гидроцилиндра.

 

После определения усилия на штоке  гидроцилиндра переходим к определению  диаметра гидроцилиндра. [4]:

, м                               (7.2)

где Р_ц – давление в гидросистеме, Р_ц = 10 МПа (таб.6 [3])

      к_ц – коэффициент, к_ц = 0,5...0,7;

      h_мц – механический к.п.д. цилиндра. h_мц = 0,95...0,98;

      Р_сл – давление в сливной магистрали. Р_сл = 0,2...0,3 МПа.

 м.

Принимаем из стандартного ряда гидроцилиндр Ц 140 – 800. (D_ц = 140 мм,    l_шт =800 мм). [4].

Определим расход масла при работе гидроцилиндра:

, м³/с                                 (7.3)

 

 

 

где d_ш – диаметр штока гидроцилиндра. d_ш = 0,063 м, (приложен. 2.5. [4])

      v_ш – скорость движения штока. v_ш = 0,3 м/с,

      - объемный к.п.д. гидроцилиндра = 0,95…0,98.

 м³/с.

Для обеспечения  рассчитанной подачи подходит насос  НШ-100А-2  установленный на базовом  тракторе Т-130 БГ-3.

 

7.2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ.

 

Направление вращения фрезы принимаем прямым во избежание забрасывания разработанного грунта в отрываемый канал и для  уменьшения мощности на трение между  откосом  канала  и рабочим  органом .Толщина  разбрасываемого слоя принимаем по литературе [5] h_от =0,15 м .

Определение площади поперечного сечения  канала

А_к = 4H_к( )/3, м². (7.4)

 А_к = 4·1,2·(

)/3=2,95 м².

где  Н_к – глубина канала Н= 1,2 м;

         а = 0,4.

 

   

 

Рис. 3.1. Схема разработки параболического канала.

 

Величину  глубины условного канала можно  ориентировочно принять по зависимости:

Н_у = 0,8 Н_к, м. (7.5)

Н_у = 0,8 ·1,2 = 1 м.

Ширина по дну:

b_у = 0,25 Н_к, м. (7.6)

b_у = 0,25· 1,2 = 0,31 м.

Угол наклона откоса к горизонту:

λ_ср = arc tg  (7.7)

λ_ср = arc tg

= 45˚.

Дальность разбрасывания грунта фрезами:

l_от = А_к k_p / 2 h_от, м. (7.8)

l_от = 2,95 ·1,2 / 2 ·0,2 = 9,5 м.

где h_от – толщина разбрасываемого слоя h_от = 0,2 м;                                                                                        

        k_p =1,2 – коэффициент разрыхления [5] .

Окружная  скорость фрезы : 

Vокр =(1,3 … 1,5 ) lот, м/сек. (7.9)

Vокр =(1,3 … 1,5 ) · 8,85 = 11,5…13,2 м/сек

Угол разгрузки выбираем  q = 60˚ [5] ;

 

Диаметр или радиус фрезы по концам ножей:

r_фр = L_от /(1 + cos q), м. (7.10)

r_фр = 1,41 /(1 + cos 60) = 0,94 м.

где L_от – длина откоса.

L_от = H_у /sin λ_ср, м. (7.11)

L_от = 1 /sin 45= 1,41 м.

Шаг ножей  определяется по формуле:

Т_н = πD_фр /z_н, (7.12)

Т_н = 3,14·1,88 /6 = 0,98 м

где z_н – число ножей.

Число ножей определяем из выражения:

z_н = π D_фр П_т / (v_окр А_к с) (7.13)

z_н = 3,14 ·2,5·0,083  / (11,5·2,95·0,0046) = 3,13

Число ножей принимаем z_н = 6. Ножи принимаем гребенчатой формы, при этом расчетная подача на нож увеличивается в два раза так как резцы последующего ножа отклонены в противоположную сторону и срезают грунт, в промежутке следов предыдущего ножа. [5].

Подача на нож  рассчитывается по формуле:

c = π D_фр П_т / (v_окр А_к z_н), м. (7.14)

c = 3,14 ·2,5· 0,083 / (11,5· 2,95 ·6) = 0,0024 м.

Увеличиваем подачу в два раза и  получаем  с = 0,0048 м.

где П_т – техническая производительность каналокопателя.

При расположении ножей в один ряд  ширина ножа b_н  равна ширине фрезы b_фр.

Ширину фрезы можно определить по формуле:

b_фр =D_фр/(15…20), м. (7.15)

b_фр =2,5/(15…20) = 0,125…0,094 м

    Ширину фрезы принимаем b_фр = 0,12 м.

    Ширину ножа принимаем b_н = 0,12 м.

Принятое значение b_фр должно удовлетворять условию размещения фрез на дне канала. Края фрез не будут соприкасаться, если выполняется данное условие:

b_фр ≤ b_д /(2sinλ) (7.16)

0,12 ≤ 0,31 /(2sin 45)

0,12 ≤ 0,22- условие выполняется.

Требуемый угол разворота фрез α_раз примем из обзора конструкций. У экскаватора ЭТР-153 он равен 14°. Принимаем α_раз = 14˚.

 

                                         

 

                                     Рис. 3.1. Геометрия режущей части ножа.

 

Угол  резания ножа (рис. 4.1), прорезающего узкие щели  в переувлажненных грунтах, a = 60 °, задний  угол b = 20 ° [5].

Длина ножей измеряемая в радиальном направлении, принимаем l_н =0,1 м [5].

Угол отклонения a_л от радиального направления принимаем a_л= 0°

Ширина лопаток b_л принимается меньше ширины ножей и рассчитывается по формуле:

b_л = b_н – 0,02, м. (7.17)

b_л =0,12 – 0,02 =0,1м.

Радиус  лопаток r_л рассчитывается по формуле:

r_л = D_фр / 2 - l_н, м. (7.18)

r_л = 2,5 / 2 – 0,1=1,15 м

Определим значение l_л:

(l_л² b_л cos² a_л ω k_н / 3k_р) – (l_л b_л r_л cos a_л ω k_н / k_р) + П_л = 0 (3.19)

(l_л² ·0,1 ·1· 16,2· 0,2 / 3·1,1) – (l_л ·0,1 ·0,84 ·1 ·16,2· 0,2 / 1,1) + 0,077 = 0

l_л²- l_л·0,24+0,077=0

l_л = 0,39 м,

Значение k_н = 0,2, k_р = 1,1 [6]

Лопатки должны обеспечивать производительность П_л, которая определяется по формуле:

П_л = П_т – 2H_к ·b_н ·П_т /А_к·sin λ, м³/ч.                               (7.20)

П_л = 300 – 2·1,25 ·0,06 ·300 /2,95·sin 45 = 278,3 м³/ч

Значение k_н = 0,1...0,2 [4].

Скорость  рабочего передвижения v_п рассчитывается по формуле:

                               v_п^ном = П_т^ном /A _ном, м/с.                                                     (7.21)

v_п^ном = 300 /2,95 = 101,7 м/ч = 0,028 м/c