Модернизация ЭО-1121

 Содержание

Введение           4

1 Общая часть          5

1.1 Назначение и область применения                                                      5

1.2 Патентный анализ        9

2 Расчёт основных параметров       12

2.1 Выбор и обоснование главных  параметров    12

3 Расчёт гидросистемы        14

4 Расчёт на прочность         20

5  Расчёт производительности  одноковшового экскаватора  26

6 Тяговый расчёт         28

6.1 Баланс мощности         30

7 Мероприятия по технике безопасности     33

9Заключение           37

Список использованных источников      38

Приложение Б. Спецификации

 

Введение

 

 

В высокоразвитых странах Европы и  Америки наиболее распространенным видом многофункциональных машин являются малогабаритные экскаваторы. Эти машины получили широкое применение, как в дорожно-строительной отрасли, так и в коммунальном хозяйстве. В городских условиях с компактными строительными площадками, малогабаритный экскаватор стал наиболее востребованной техникой, используемой в указанных областях. Увеличение объемов работ в дорожном строительстве, увеличение работ по строительству городской инфраструктуры и ремонту тепловых сетей, кабельных коммуникаций в стесненных городских условиях, а также, увеличение объемов коттеджного строительства, привело к увеличению спроса на универсальные многофункциональные машины, которые одновременно совмещают функции нескольких машин - это все современный малогабаритный экскаватор.

Малогабаритный экскаватор эта машина весом 2 тоны, со специально спроектированной рамой для того, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие при работе экскаваторным оборудованием, а также выдерживать увеличенные мощность двигателя и гидравлики. При этом рама экскаватора выполнена разъемной в своей средней части, что позволяет производить ремонт трансмиссии базового шасси без демонтажа экскаваторного оборудования и упрощает техническое обслуживание машины. Экскаваторное оборудование монтируется на универсальном гусеничном шасси. Кабина двух-дверная, что особенно важно при проведении работ вдоль стен и заборов. Для снижения уровня шума и вибрации на рабочем месте, кабину монтируют через упругие элементы. В жаркую погоду окна кабины в открытом положении фиксируются. Открывающееся заднее окно обеспечивает необходимую вентиляцию. Малогабаритный экскаватор оборудован передним и задним пультами управления. Сидение оператора выполнено с регулировкой по высоте. Это существенно улучшает обзор зоны работы при работе экскаваторным оборудованием.

Универсальное шасси служит базой  для целого ряда навесного оборудования: планировочный отвал, бетономешалка-миксер с системой самозагрузки,  мини-экскаватор с планировочным отвалом,  кузов с гидравлической системой опрокидывания и самопогрузочным ковшом, кузов с гидравлической системой вертикального подъема и опрокидывания, погрузчик с бортовым поворотом, молот-бетонолом с наконечником, бур земляной, без наконечника, траншеекопатель со стальными (алмазными) лезвиями, вилочный погрузчик с системой гидравлического наклона вилочного захвата, подъёмник.

 

 

 

 

 

1 Общая часть

1.1 Назначение и область применения

 

  Экскаватор (от лат.  ехсаvо - долблю,  выдалбливаю) - основной тип выемочно-погрузочных машин, применяемых для производства земляных работ и добычи полезных ископаемых при открытой разработке месторождений.

Одноковшовый экскаватор является основной землеройной машиной в строительстве. Этими машинами выполняется около половины объёмов земляных работ. Их используют при строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений, автомобильных и железных дорог, аэродромов, гидротехнических систем и нефтепроводов, в карьерах при добыче строительных материалов и других полезных ископаемых. С их помощью отрывают котлованы, траншеи, каналы, а так же разрабатывают выемки и насыпи и отделывают откосы и стенки.

 

Рисунок 1.1 – Экскаватор ЭО-1121

 

Малогабаритные экскаваторы применяются  в городских условиях, где большому экскаватору просто не хватит места. Специально для работы в стеснённых условиях стрела мини-экскаватора оснащена дополнительным гидроцилиндром поворота. Это позволяет машине извлекать ровно выкапывать траншеи вдоль заборов, бетонных стен, стен домов, трубопроводов, не повреждая их. Мини-экскаваторы имеют прорезиненные гусеницы, что важно при работе на асфальтных и асфальтобетонных покрытиях. Малый вес этих машин даёт возможность их перемещения на малотоннажных автомобилях, непребегая к большегрузным тягачам.

 

1.2 Патентный анализ

 

Целью данного изобретения является создание универсального гусеничного шасси экскаватора. Создание данной разработки позволит повысить производительность строительных работ, снизит себестоимость и уменьшит сроки сдачи объекта, заменяя тем самым целый ряд немногофункциональных  машин. А значит, имеет под собой экономический эффект.

 По данной задаче имеются похожие разработки.

(21)4376534/03

(22) 15.02.88 (46)15.04.91. Бюл.М: 14

Киевский инженерно-строительный институт и Трест "Строймеханизация" Главки-евгорстроя

А.А.Кисленко, Л.Е.Пелевин, А.С.Логви-нец, Б.В.Свириденко и Н.А.Войтушенко (53)621.879.34(088.8)

(56) Патент США 
№ 3829172,кл. Е 02 F3/40, 1987.

Патент США №4279318, кл. Е 02 F 9/28, 1984.

 

(54) ГУСЕНИЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

В авторском свидетельстве  SU 1350078 А1 описывается гусеничное шасси. Изобретение относится к транспортному машиностроению, преимущественно к гусеничным транспортным средствам, и позволяет снизить динамическую нагруженность. Цлью изобретения является уменьшение динамической нагруженности  гусеничного движетеля.

 

 

1-рама, 2-опорные катки, 3-гусеничная  цепь, 4-натяжное колесо, 5-кривошип, 6,12-гидроцилиндр, 7-ведущее колесо, 8-ось, 9-ведущий вал, 10,11-шестерни, 13,14-балансёры, 15,17,28-поршень, 16,19,29-пружина, 18-рабочая полость, 20-картер, 21-гидросвязь, 22-дроссель, 23-запорное устройство, 24-насос, 25-манометр, 26,30-полость, 27-гидроаккумулятор.

2 Расчёт основных параметров

2.1 Выбор и обоснование главных параметров

Основные размеры экскаваторных  движителей назначают из условий  обеспечения их передвижения в заданных режимах, а также устойчивого  равновесия при экскавации грунта. Для гусеничных движителей основными  размерами являются его база L_г, колея К и ширина гусениц b_г (рис. 2.1)

Рис. 2.1  Основные геометрические параметры  экскаватора

 

По условиям равной устойчивости экскаватора  при расположении рабочего оборудования вдоль и поперёк гусеничной тележки  базу и колею желательно назначать одинаковыми. В практике проектирования гидравлических экскаваторов принимают  а = К \ L_г = 0,76…0,82 [5]_.

База и ширина гусеницы должны быть достаточными для того, чтобы среднее  давление гусениц на грунт не превышало  допускаемого для расчётного грунта значения, назначаемого из пределов [p_ср] = 25…110 кПа:

где g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

      m_э – масса экскаватора

На стадии предварительных расчётов масса экскаватора [5]:

m_э = m_уд × q × L_к,

 

где m_уд – удельная масса, зависящая от типа ходового устройства и исполнения рабочего оборудования. Для гидравлических экскаваторов

m_уд = 2,3…4,25 т/м⁴;

        q – вместимость ковша, м³. Определяют методами оптимизации, используемыми при разработке параметрических рядов экскаваторов, положенных в основу построения стандартов на их основные параметры.     

         L_к – рабочий размер, принимаемый равным максимальной глубине копания Н_к для обратных лопат. Н_к = 4.1 м [2].

m_э =  3,5× 0,05 × 4,1 = 0.72 т

Тогда

Выбранные значения К и b_г проверяют на возможность вписывания опорно-поворотного устройства в пространство между гусеницами с гарантийными зазорами D = 100…150 мм с каждой его стороны. Этим требованиям удовлетворяют значения:

m_э×g×a / (2×[p_ср] ×K) £ b_г £ K – (D_опу + 2×D),

где D_опу – диаметр опорно-поворотного устройства

К = 0.8 м ³ 0.73 м

0.72×9,81×0,85 / (2×11.73×10³ ×0.8) £ b_г £  0.8 – (0.4 + 2×0,1);

0,0034 £  0,2 £ 0,3.

Другие размеры гусеничных тележек  назначают по подобию с наиболее прогрессивными моделями экскаваторов проектируемого типа.

Просвет под поворотной платформой зависит от принятой габаритной высоты гусениц Н_г :

F = (1,25…1,3)Н_г = 1,25 × 0,5 = 0,625 м

Размеры поворотной платформы определяют конструктивной проработкой по условиям размещения на ней силового оборудования, насосов, аппаратов и других устройств, обеспечивающих функционирование гидравлической системы, кабины управления, стоек или проушин для крепления стрелы и других устройств.

Габаритную  ширину базовой части ограничивают габаритной шириной железнодорожного подвижного состава, равной 3,25 м. Транспортную ширину гусеничного экскаватора можно уменьшить путём снятия одной или двух гусеничных лент при его погрузке на железнодорожную платформу.

Форму и размеры ковша определяют в  зависимости от его вместимости  и особенностей применения.

 

Кинематическую  длину ковша определяют через  радиус, описываемый при повороте ковша режущими кромками зубьев, который согласно действующему отраслевому стандарту вычисляют в зависимости от вместимости q (м³) как:

С учётом износа зубьев, в среднем  равного ²/₃ от предельного износа, L_к=0,95 × R_к = 0,95 × 0.71 = 0.675 м

Размеры стрелы и рукояти определяют необходимой  величиной глубины копания и радиусом действия рабочего оборудования.

Длина стрелы обратной лопаты определяется по формуле [7]:

Длина рукояти [7]:

L_рук = (0,38…0,5) × L_стр = 0,4 × 2 = 0.8 м

Массы ковша, рукояти, стрелы, поворотной платформы и гусеничной тележки  определяются по данным таблиц 2.12, 2.13  и рекомендациям [7]. 

 

3 Расчёт гидросистемы.

 

Расчёт и выбор гидромоторов привода гусеничного движителя

 одноковшового экскаватора

 

Расчётным усилием для определения  мощности гидромоторов привода гусеничного  механизма передвижения при транспортном режиме работы машины является максимальное тяговое усилие на гусеничной цепи, которое можно рассчитать из общего уравнения движения машины: [11]

Т_мах = W_вн + W_ин + W_к + W_п + W_пов + W_в ,

где W_вн – внутреннее сопротивление передвижению гусеничного движителя;

       W_ин - сопротивление от сил инерции при трогании машины с места;

       W_к  -  сопротивление качению гусеничного движителя по грунту;

       W_п  -  сопротивление, возникающее при движениии на подъём;

       W_пов- сопротивление, возникающее при повороте;

       W_в -   сопротивление, возникающее от ветровых нагрузок.

Внутреннее  сопротивление передвижению W_вн гусеничного движителя определяем по эмпирической зависимости:

W_вн =  (0,29…0,49) × G,

где G =19130 Н – эксплуатационная масса экскаватора.

W_вн =  0,29 × 19130 = 5739 Н

Сопротивление от сил инерции  W_ин  при трогании машины с места:

где V = 1.1 м/с – скорость передвижения экскаватора;

       g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

        t_p = 2 c – время разгона экскаватора.

Сопротивление качению гусеничного  движителя по грунту:

W_к  = f × G ,

где f = 0,1 – коэффициент сопротивлению качению гусеничного движителя

                     экскаватора, определяемый по диаграмме (рис. 1.23) [11].

W_к  = 0,1 × 19130 = 1913 Н

Сопротивление, возникающее при  движениии на подъём:

W_п  = G × sina ,

где a = 11° - угол подъёма.

W_п  =  19130 × sin 11° = 3650.17 Н

  Сопротивление, возникающее  при повороте двухгусеничной  машины вокруг одной гусеницы:

где М_тр – полный момент трения одной гусеницы;

       М_ск – момент сопротивления скалыванию грунта;

       B  = 0.8 м - расстояние между осями гусениц.

Для двухгусеничной машины:

М_тр = m×p×b×L² / 4,

где m = 0,25 – коэффициент трения гусеницы о грунт;

         p = 0,065 МПа – фактическое давление на грунт;

         b = 0,2 м – ширина гусеницы;

         L = 2 м – длина опорной поверхности;

М_тр = 0,25×0,065×10⁶×0,2×2² / 4 = 3250 Н

М_ск = 0,29×k×h ×L² ,

где k = 2,5× 10^-3 – коэффициент сцепления грунта для скальных пород;

      h – глубина погружения гусеницы, определяемый по формуле [7] 

h = p / p₀ ,

где p₀  - коэффициент удельного сопротивления грунта сжатию, принимаемый

               в зависимости от категории  и состава грунтов             

М_ск = 0,29 × 2,5 × 10^-3 × 0,022 × 2² = 0,0000638 Н

Тогда