Проектирование одноковшового гидравлического экскаватора ЕК-8

Каждая челюсть ковша снабжена верхней стенкой 11 с отверстием для  присоединения к нижнему шарниру 6 двухшарнирной вставки. Нижние части челюстей посредством шарнира соединены между собой. При креплении гидроцилиндра 9 к двухшарнирной вставке 5 (рисунок 2.1) удобно работать челюстью как грейфером или для захвата различных предметов, а также работать одной челюстью 3 в качестве обратной лопаты, при этом челюсть 2 неподвижна. Челюсти 2 и 3 могут быть снабжены зубьями 12.

Гидроцилиндром 8 и гидроцилиндром 9 челюсти ковша 4 могут быть повернуты  на определенный угол, но меньше 180⁰.

Рабочее оборудование экскаватора  работает следующим образом.

Гидроцилиндрами 8 к 9 можно повернуть  челюсти 2 и 3 вокруг шарнира 7 на 90°, и  в этом случае ковш 4 из положения  «обратная лопата» займет положение  «прямая лопата» (рисунок 2.3). Промежуточное положение челюстей ковша 2 и 3 показано на рис. 2.3 и 2.4, при этом челюсти 2 и 3 расположены под углами α1 и α2 или α3и α1, относительно продольной плоскости. При одинаковом ходе во времени гидроцилиндров 8 и 9 достигается симметричная установка челюстей 2 и 3 относительно продольной плоскости α1= α2; α3 = α1. Челюсти могут быть снабжены зубьями 12 (на рисунке  2.2). Ковшом 4 можно работать как грейфером, при этом челюсти 2 и 3 можно поворачивать на произвольные углы.

Преимущество предлагаемого изобретения  заключается в возможности брать  и перекладывать предметы, произвольно расположенные в пространстве, производить быструю переналадку ковша из положения «прямая лопата» в положение « обратная лопата» и наоборот. При необходимости ковш может копать в сторону или копать одной челюстью. Все это повышает универсальность рабочего оборудования экскаватора производительности.

 

Рисунок 2.2. Рабочее оборудование одноковшового экскаватора, вид спереди

Рисунок 2.3. Рабочее оборудование одноковшового экскаватора, вид сверху

 

 

 

Рис.2.4. Возможное расположение челюстей

 

Недостатком данной конструкции  является малая жёсткость при  разработке прочных грунтов.

 

3. РАСЧЕТ И ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭКСКАВАТОРА

 

В связи с большим  количеством разновидностей земляных выполняемыми экскаваторами. Есть необходимость модернизировать (оснащать новым рабочим оборудованием) существующие  промышленные машины, применяемые в мелиоративном строительстве.

Для расчета параметров нами приняты  следующие исходные данные:

ёмкость ковша 0,32м³, грунты ІV категории, рабочее - оборудование обратная лопата, ходовое оборудование – колесное, управление – гидравлическое.

 

3.1 Определение параметров  платформы

 

Параметры экскаватора определяем по основной зависимости [7]:

 

,                                               (3.1)

 

 где А – любой определяемый  конструктивный параметр;

       к – коэффициент  для данного параметра;

       G – масса экскаватора, т.

 

Массу экскаватора определим по формуле:

 

 ,                                               (3.2)

 

 где G_уд – удельный вес машины, отнесенный к ёмкости ковша,    G_уд=15…31 (т/м³). Принимаем G_уд=26 т/м³.

q – ёмкость ковша, м³.

Получаем G=26·0.32=8,32 т.

Высота кузова:

Н_к=1.2· , м, (3.3)

Получаем Н_к=1.2· =2.23 м. Принимаем Н_к=2.2 м.

Радиус задней стенки кузова:

R_з.с.=(0.93…1.2)· ,м, (3.4)

Получаем R_з.с =(0.93…1.2) =1,88…2,43 м.

Принимаем R_з.с.=2.0 м.

Расстояние от оси пяты стрелы до оси поворотной платформы:

В=(0.18…0.20) , м, (3.5)

Получаем В =(0.18…0.20) =0.57…0.71 м. Принимаем В=0.6 м.

Возвышение пяты стрелы над уровнем стоянки экскаватора:

D=(0.7…0.80)· ,м, (3.6)

Получаем D= (0.7…0.8) =1.42…1.62 м. Принимаем       D=1.5 м.

Ширина поворотной платформы:

В_п.п.=(1.05…1.15) ,м, (3.7)

Получаем В_п.п.=(1.05…1.15) =2.13…2.22м. Принимаем В_п.п=2.2 м.

Частота вращения поворотной платформы [7]: n=6…9 об/мин.

Принимаем n= 8 об/мин.

Клиренс под платформой принимаем Н_к=0,32 м [7].

Высоту осей колёс  принимаем В=0,6 м[7].

Расстояние от оси  вращения экскаватора до оси задних колёс принимаем l_к=1 м [7].

Максимальный угол подъёма =18…22⁰ .Принимаем =22⁰

Вес поворотной платформы  с механизмами:

G_пов=0.46·G, т, (3.8)

Получаем G_пов=0.46·8.32=4 т.

База пневмоколесного  хода:

L₀=3.24· , м, (3.9)

Получаем L₀=3.24·

=2,22 м.

Колея пневмоколесного хода:

В₀=2,94· , м, (3.10)

Получаем В₀=2,94·

=2,0 м.

Вес ходовой тележки:

G_тел=0,36·G,т, (3.11)

Получаем G_тел=0,36·8.32=2,6 т.

Все расчеты сводим в таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1

Оптимальные параметры поворотной платформы.

 

№п.п.	Наименование параметров	Значение
1.	Высота кузова, м.	2.2
2.	Радиус задней стенки кузова, м.	2.0
3.	Расстояние от оси  пяты стрелы до оси вращения поворотной платформы, м.	0.6
4.	Возвышение пяты стрелы над уровнем стоянки экскаватора, м.	1.5
5.	Ширина поворотной платформы, м.	2.2
6.	Частота вращения поворотной платформы, об/мин.	6…9
7	Клиренс под платформой, м	0.32
8	Высоту осей колёс, м	0.6
9	Расстояние от оси  вращения экскаватора до оси задних колёс, м	1.0
10	Вес поворотной платформы  с механизмами, т	4
11	База пневмоколесного  хода, м	2,22
12	Колея пневмоколесного хода, м	2,0
13	Вес ходовой тележки, т	2,6

 

 

3.2 Определение параметров  рабочего оборудования

 

На месте разработки грунта экскаватор будет работать обратной лопатой, параметры рабочего оборудования будем рассчитывать для обратной лопаты.

Наибольший радиус копания:

R_коп=(3.25…3.35)· , м, (3.12)

R_коп(3.25…3.35)· =6.85….6.78, м. Принимаем R_коп=6.6 м.

Наибольшая глубина копания:

Н_коп=(2.05…2.15) , м, (3.13)

Н_коп=(2.05…2.15) =4.15…4.36 м. Принимаем Н_коп=4.2 м.

 

Наибольшая высота выгрузки:

Н_выгр=(1.8…1.9) ,м, (3.14)

Н_выгр=(1.8…1.9) =5.06…6.08 м. Принимаем Н_выгр=6 м.

 

Длина стрелы для обратной лопаты:

l_с=(2.0…2.2) , м, (3.15)

l_с=(2.0…2.2) =4.0…4.46 м. Принимаем l_с=4.2 м.

Длина рукояти для обратной лопаты:

l_р=(1.15…1.25)

, м

l_р=(1.15…1.25) =2.0…2.23 м. Принимаем l_р=2.1м

Определим основные параметры ковша  по формулам [6]:

- длина ковша l_к.=0.96· , м, (3.16)

l_к.=0.96· =0,66 м.

- высота ковша h_к.=0.86· , м, (3.17)

h_к.=0.86· =0.58 м.

- ширина ковша b_к.=1.2 , м, (3.18)

b_к.=1.2 =0.82 м.

Все расчеты сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Оптимальные параметры рабочего оборудования.

 

№ п/п	Наименование параметров	Ед. изм.	Значение
1	Наибольшая глубина копания.	м	4.2
2.	Наибольший радиус копания обратной лопатой.	м	6.6
3.	Наибольшая высота выгрузки.	м	6.0
4.	Длина стрелы обратной лопаты.	м	4.2
5.	Длина рукояти.	м	2.1
6.	Угол перегиба	град	120
7.	Длина ковша.	м	0.66
8.	Высота ковша.	м	0.82
9.	Ширина ковша.	м	0.58

 

 

 

4. РАСЧЕТ УСИЛИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ КОПАНИИ ГРУНТА

 

4.1 Определение усилий на штоках гидроцилиндров экскаватора. Выбор гидроцилиндров по ГОСТу

 

Очевидно  для каждого из силовых цилиндров (стрелы, рукояти, ковша) необходимо учесть наиболее тяжёлые условия работы и для этого случая производить расчёт.

 

4.1.1 Расчёт усилия поворота ковша

 

Для расчёта усилия поворота ковша с обратной лопатой составим расчётную схему М 1:20 (см. рисунок 4.1).

Усилие  в цилиндре поворота ковша определяем из условия разработки грунта под  действием усилия цилиндра поворота ковша , а остальные цилиндры находятся  в запертом положении и рабочее оборудование (стрела – рукоять) представляют жёсткую конструкцию.

Для определения усилия в цилиндре поворота ковша составляем уравнение моментов относительно точки О (рисунок 4.1), т.е. относительно оси поворота  ковша:

 

Откуда:

  где Р₀₁ и Р₀₂ – силы сопротивления грунта копанию:

 

 Р₀₁=к_коп.·В_к.·С, кН;                                           (4.1)

 

Р₀₂=ψ·Р₀₁, кН;                                             (4.2)

 

  где к._коп.=15 Н/см² – удельное сопротивление копанию грунта [7];

В_к. – ширина ковша;

С – толщина стружки:

                                             (4.3)

   где – l_хк. – длина хода ковша:

 

                (4.4)

где      l_р — длина рукояти.

l_к — длина ковша.

 

ψ=0.1   0.45 – коэффициент, зависящий  от режима работы, угла копания и износа рабочих органов. Принимаем ψ=0.25.

Получаем: l_хк= ·2·3.14·(2.1+0,66)=4.3 м.

Тогда:   =12.9 см;

Р₀₁=15·82·12.9=15867 Н =15.86 кН;

Р₀₂=0.25·15.86=3.9 кН.

G_к.+г – вес ковша и грунта:

 

                                          (4.5)

 

  где G_к=1.5·q·g – вес ковша, кН;

G_г=γ·q·g – вес грунта, кН;

   где γ=1.7 т/м³ – удельный вес грунта;

g=9.81 м/с² – ускорение свободного падения.

Получаем: G_к=1.5·0.32·9.81=4.7 кН;

G_г=1.7·0.32·9,81=5.4 кН;

G_к.+г=4.7+5.4=10.1 кН.

Тогда: S_цк= кН

Диаметр цилиндра поворота ковша выразим из формулы:

                                  (4.6)

Откуда:

                                            (4.7)

 где Р – давление в гидросистеме  экскаватора: Р_ном=16 МПа; Р_max=35 МПа.

Получаем: мм;

 мм.

Из справочника [9, приложение табл.2.5] принимаем ЦС 100х63х630.

Массы рассчитаем по формуле  Жарского:

                                         (4.8)

 

4.1.2 Расчет усилия поворота рукояти

 

Наиболее тяжёлыми условиями работы является случай, когда разработка грунта осуществляется только цилиндром  рукояти. Для определения усилия в цилиндрах рукояти принимаем  за расчётное положение аналогичное, как и в предыдущем случае, т. е. предполагаем, что копание производим только цилиндром рукояти, остальные цилиндры находятся в запертом положении.

Для определения усилия в цилиндре поворота рукояти составляем уравнение моментов относительно точки О₁ (см. рисунок 4.1), т.е. относительно оси поворота рукояти:

  ; ;

Откуда:

 где G_цк=(10…18)·D_цил – вес цилиндра ковша, кН;

G_p=0.6·G_к.·g – вес рукояти, кН.

Получаем: G_цк=(8…15)·0.125=1.0…1.8 кН. Принимаем G_цк=1.2 кН;

G_p=0.6·1.5·9.81=4.41 кН.

Тогда: кН.

Диаметр цилиндра поворота рукояти определим  в соответствии с формулами (4.6) и (4.7).

  мм;

  мм;

Из справочника [9, приложение табл.2.5] принимаем ЦС 100х63х900.

Рассчитаем массу гидроцилиндра по формуле (4.8).

 

4.1.3 Расчет усилия складывания стрелы

 

Наиболее тяжёлыми условиями работы является случай, когда разработка грунта осуществляется только цилиндром складывания стрелы, а остальные находятся в запертом положении. Находим усилие, действующее на шток гидроцилиндра стрелы , для чего составляем уравнение моментов относительно точки О₂ (см. рисунок 4.1), т. е. Относительно оси поворота складывания стрелы:

 

Откуда:

 где G_c2=(0.8…1.0)·G_к. – вес стрелы, Н.

Получаем: G_c2=(0.8…1.0)·1.5·9.81·0.5=6…7.5 кН. Принимаем G_c=6.0 кН.

Принимаем G_цр=m·g=125·9.81=1.3 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 110х70х550.

Рассчитаем массу гидроцилиндра  по формуле (4.8).

 

 

4.1.4 Расчет усилия поворота стрелы

 

Наиболее тяжёлыми условиями работы является случай, когда разработка грунта осуществляется только цилиндром  стрелы, а остальные находятся  в запертом положении. Находим усилие, действующее на шток гидроцилиндра стрелы , для чего составляем уравнение моментов относительно точки О₃ (см. рисунок 4.1), т. е. Относительно оси поворота стрелы:

Откуда:

 где G_c=(0.6…0.8)·G_к. – вес стрелы, Н.