Модернизация ЭО-1121

   Сопротивление, возникающее от ветровых нагрузок:

W_в = F × P_в ,

где F – подветренная площадь, м²;

       Р_в – предельное давление ветра, Н/м² .

Для строительных экскаваторов, имеющих  незначительную наветренную площадь, в большинстве случаев сопротивление от ветровых нагрузок не учитывается, так как составляет менее 3% от общего тягового усилия.

Тогда максимальное тяговое усилие 

 Т_мах = 5739 + 1073 + 1913 + 3650.17 + 13912.73 = 26287.9 Н.

Необходимый максимальный крутящий момент на валу гидромотора:

где Т_max1 = 13143.95 Н - максимальное тяговое усилие, приходящееся на одну

                                         гусеницу;

        r_c = 0,2 м – радиус ведущей звёздочки;

        i – передаточное отношение механической передачи от гидромотора до

             ведущей звёздочки

где n_дв = 41,7 с^-1 – максимальная частота вращения гидромотора;

       n_зв – частота вращения ведущей звёздочки

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

       D = 0,4 м – диаметр ведущей звёздочки

          h_пер = 0,9 – КПД передачи

Тогда

Мощность на валу гидромотора привода  гусеничного движителя можно  определить по формуле:

Согласно распечатке (смотри приложение А) на передвижение экскаватора  выбираем два одинаковых нерегулируемых аксиально-поршневых гидромотора  типа 210.25

 

 

   Расчёт и выбор гидромотора  поворота платформы

 одноковшового экскаватора 

 

Исходные данные задаются типоразмером машины, её конструктивной схемой и системой гидропривода.  

Необходимый максимальный крутящий момент на валу гидромотора [9]:

где М_М – момент гидромотора привода поворотной платформы, приведенный

                к оси её вращения;

        i_P – требуемое передаточное число редуктора.

М_М = М_ст + М_ин ,

где  М_ст – суммарный статический момент сопротивления повороту;

       М_ин – момент от сил инерции.

Суммарный статический момент сопротивления  повороту:

М_ст = å М_тр + М_в + М_у ,

где  å М_тр – суммарный статический момент сил трения в опорно-поворотном

                     круге;

            М_в – момент, создаваемый силой ветра;

            М_у – момент сил, возникающих при уклоне.

Момент  сил трения определим для двух диаметрально противоположных шариков, так как общее сопротивление практически не зависит от количества шариков, одновременно находящихся под нагрузкой, и закона распределения нагрузки на шарики.

Сила  вертикальной нагрузки, действующая  на условный шарик:

где V_V – наибольшая вертикальная реакция, равная сумме действующих сил

               (смотри рис. 2.2)

V_V = G_СТР + G_Цстр + G_РУК + G_{Ц рук} + G_К + G_{Ц к} + G_ПЛ ,

где  G_СТР = 1657,9 Н – вес стрелы экскаватора;

       G_Цстр = 255,6 Н – вес гидроцилиндра стрелы экскаватора;

       G_РУК = 548,79 Н – вес рукояти экскаватора;

      G_{Ц рук} = 267,13 Н – вес гидроцилиндра рукояти экскаватора;

           G_К = 2943 Н – вес ковша с грунтом;

         G_{Ц к} = 215,2 Н – вес гидроцилиндра ковша экскаватора;

         G_ПЛ = 8097,74 Н – вес платформы экскаватора.

Массы элементов рабочего оборудования экскаватора, а также его поворотной платформы и движителя принимаем по рекомендациям (стр. 69) [7].

V_V = 1657,9 + 255,6 + 548,79 + 267,13 + 2943 + 215,2 + 8097=    = 13985,36 Н

           Тогда    

Вертикальная сила давления на условный шарик от момента:

где М –наибольший момент, действующий  на шариковый опорно-поворотный

             круг, от весовых нагрузок экскаватора   

 

Рис. 2.2  Схема определения  действующих нагрузок

 

           М  = G_СТР × С + G_Цстр × В + G_РУК × F + G_{Ц рук} × D + G_К × E + G_{Ц к} × G - 

• G_ПЛ  × A ,

где А – расстояние от оси вращения до центра тяжести платформы;           

       В – расстояние от оси вращения до центра тяжести гидроцилиндра

             подъёма стрелы;

      С – расстояние  от оси вращения до центра  тяжести стрелы экскаватора; 

      D – расстояние от оси вращения до центра тяжести гидроцилиндра

             поворота рукояти;

      Е – расстояние  от оси вращения до центра  тяжести ковша экскаватора; 

      F – расстояние от оси вращения до центра тяжести рукояти экскаватора;

     G – расстояние от оси вращения до центра тяжести гидроцилиндра

            поворота ковша;

М = 1657,9 × 2.3 + 255,6 × 1,6 + 548,79 × 4.1 + 267,13 × 3.5 +

     + 2943 × 3.6 + 215,2 × 4.2 - 8097,74 × 0.33 = 16229.06 Н × м

       D_ср  = 1,295 м – средний диаметр опорно-поворотного круга по центрам

                                  шариков,  принимаемый ориентировочно по табл. 44 [9].

Тогда

Суммарная вертикальная сила давления на условный шарик:

N’ =  N_V  ± N_M ;

на правый шарик N₁’ =  6992,68 + 12532.09 = 19524.77 Н;

на  левый шарик   N₂’ =  12532.09  - 6992,68 = 5539.41 Н.

Поскольку линия контактов беговых дорожек  и шариков расположена под  углом b = 45°, то

Определяем моменты от сил качения: правого шарика

левого шарика

где m = 0,05 см – плечо трения качения шариков;

      d = 2,57 – диаметр шариков в дюймах, принимаемый по табл. 44 [9].

Суммарный момент от сил трения

å М_тр = 1391,56 + 394,8 = 1786,36 Н × м

Момент от действия сил ветра

М_В = W_СТР × С + W_РУК × F + W_K × E – W_ПЛ × A ,

где W_СТР , W_РУК , W_K , W_ПЛ – сила давления ветра соответственно на стрелу,

                                           рукоять, ковш и поворотную  платформу экскаватора;

W = F × q₀ × n_В × с × b₁ ,

где F = L' × b – подветренная площадь элементов рабочего оборудования и

                         поворотной платформы экскаватора  в м².

Сила  давления ветра:

на стрелу

W_СТР = 0.84 × 15 × 1,5 × 1,5 × 1,7 = 48,132 Н;

на рукоять

W_РУК = 0,71 × 15 × 1,5 × 1,5 × 1,7 = 40,683 Н;

 

на ковш

W_К = 0.35 × 15 × 1,5 × 1,5 × 1,7 = 20,055 Н;

на поворотную платформу

W_ПЛ = 3.5 × 15 × 1,5 × 1,5 × 1,7 = 200,55 Н.

 

 

Тогда

М_В = 48,132× 2.3 + 40,683 × 4,1 + 20.055 × 5,6 – 200,55 × 0,33 =

         = 323,63 Н × м

Момент  сопротивления вращению от уклона экскаватора:

М_У = М × sin a = 16229.06 × 0,001 = 16.229 Н × м

Общий статический момент

М_ст = 1786,36 + 323,63 + 16.229 = 2126.219 Н × м

Момент от сил инерции

где J – суммарный момент инерции масс механизма поворота, стрелы,

            рукояти, ковша, поворотной  платформы экскаватора, приведенный к

            оси вращения 

где d - коэффициент, учитывающий момент инерции масс механизма

            поворота;

      m_СТР, m_РУК, m_К, m_Цстр, m_Црук, m_Цк, m_ПЛ – массы элементов рабочего

            оборудования и поворотной платформы экскаватора

      w = 0,42 с^-1 – угловая скорость вращения поворотной платформы;

       t_Р = 3,75 с - время разгона

Тогда

Момент гидромотора привода  поворотной платформы

М_М = 2126,219 + 2602,377 = 47285,596 Н × м

Требуемое передаточное число редуктора

где Q_Н = 330 л/мин – максимальная подача насоса;

      h_ОБ – объёмный КПД гидропривода поворота платформы;

       q_М = 107 см³/об – рабочий объём гидромотора;

     w_MAX – максимальная угловая скорость вращения поворотной платформы

где r = 0,72 – коэффициент усреднения моментов разгона и торможения;

     j_max = 1,57 – максимальный суммарный угол поворота платформы при  

                           работе экскаватора;

      e _т – максимальное допускаемое угловое ускорение торможения

              поворотной платформы, определяющее  максимальные нагрузки на 

              машиниста и на экскаватор  в целом и ограничиваемое условием 

              обеспечения сцепления опорной  поверхности экскаватора с грунтом.

где М_т – максимальный тормозной момент

М_т = k × М_сц ,

где k = 0,8 – коэффициент ограничения моментов;

      М_сц – момент сил сцепления опорной поверхности ходового оборудования

                и выносных опор экскаватора  с грузом, определяемый по

                эмпирической зависимости 1.144 [11]:

 М_сц = 1850 × G^4/3 = 1850 × 1,95^4/3 = 4506,9687 Н × м

М_т = 0,8 × 4506,9687 = 3605,52 Н × м

Тогда

Максимальная  угловая скорость вращения поворотной платформы:

Требуемое передаточное число редуктора

Необходимый максимальный крутящий момент на валу гидромотора:

Согласно распечатке (смотри приложение А) на поворот платформы экскаватора  выбираем  нерегулируемый аксиально-поршневой гидромотор  типа 210.20

 

   Расчёт усилий, действующих  на гидроцилиндры рабочего 

оборудования. Выбор гидроцилиндров

1.2  Принципиальная гидравлическая схема ЭО-1121

На экскаваторе ЭО-1121 устанавливается  двигатель  Mitsubishi L3E.

При передвижении своим ходом, перевозке  экскаватора на транспортных средствах  или на стоянке поворотная платформа  фиксируется с помощью стопора.

Гидросистема  машин (рис. 1.2)обеспечивают совмещение рабочих операций. Сдвоенный  аксиально-поршневой насос со встроенным регулятором мощности позволяет  полностью использовать мощность двигателя  в течение рабочего цикла.

 

Рисунок 1.2 – Гидравлическая схема  экскаватора ЭО-1121

 

1 – насосная установка; 2,3 –распределители; 4 – гидромоторы  привода хода; 5 – гидроцилиндр  рукояти; 6 – гидроцилиндр стрелы; 7 – гидроцилиндр ковша;              8 – гидроцилиндр поворота стрелы; 9-гидромотор привода поворотной платформы;  10 – теплообменник; 11 –фильтр; 12- управления.

 

Регулируемые секции насоса подают  рабочую жидкость в моноблочные  распределители 2 и 3, от которых жидкость  поступает к определённым исполнительным органам экскаватора или на слив в гидробак.

В зависимости от вида оборудования золотники распределителя 2 управляют  гидромоторами 4 привода ходового устройства, и гидроцилиндром поворота рукояти 5; золотники распределителя 3  управляют  гидроцилиндром стрелы 6, гидроцилиндром ковша 7  и гидромотором привода поворотной платформы 8.

Работа исполнительных органов, управляемых  разными распределителями, может  быть совмещена. Кроме того, движения двух исполнительных органов с управлением  от разных распределителей могут  быть совмещены с безнасосным опусканием стрелы (под действием массы рабочего  оборудования).

При нейтральном положении золотников обоих распределителей рабочая  жидкость поступает на слив через  теплообменник 10 и фильтр 11 в гидробак.

Для предохранения узлов и элементов  гидросистемы от перегрузок она оснащена предохранительными и обратными клапанами.

Органы управления и приборы  расположены в кабине.

Цельнометаллическая кабина машиниста  экскаватора тепло- и звукоизолирована, оснащена отоплением и вентиляцией. Переднее стекло кабины может быть откинуто и зафиксировано в этом положении. Двери кабины оснащены замком и фиксатором для удержания дверей в открытом положении . Пол покрыт звукоизолирующим ковриком. Подрессоренное сиденье, регулируемое по высоте и длине, имеет изменяемый угол наклона спинки.

Капот экскаватора состоит из съёмных  блоков, имеющих откидные дверцы и  панели для облегчения доступа к  агрегатам и механизмам,

Сменное рабочее оборудование: обратная лопата, оборудование прямого копания, грейферы, гидромолот.

Транспортирование экскаватора осуществляется методом полной погрузки на транспортное средство.

 

Усилия, действующие на гидроцилиндры  рабочего оборудования экскаватора, будем определять графоаналитическим методом. Он заключается в составлении уравнения моментов внешних сил и сил веса звеньев, приложенных в центрах тяжести и действующих относительно осей вращения звеньев рабочего оборудования.

 

Усилия, действующие в гидроцилиндрах стрелы

Составим уравнение моментов относительно точки О₁ (рис. 2.3) :