Курсовая работа: Одноковшовый экскаватор для липких грунтов

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«Институт транспорта»

Кафедра «Транспортные и технологические системы»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине: Машины для земляных работ

Тема: Одноковшовый экскаватор для липких грунтов

Выполнил: студент группы ПТС-18-1

Буслаев Н.В.

Тюмень 2022 г.

Содержание

Введение

1. Выбор базовой машины

1.1 Конструкция и принцип действия одноковшового экскаватора

1.2 Классификация одноковшовых экскаваторов

1.3 Технические характеристики одноковшовых экскаваторов и выбор базовой машины

2. Патентный анализ

3. Общий расчет параметров одноковшового экскаватора

3.1 Предварительный выбор габаритов и масс

3.2 Расчет основных технологических сопротивлений

3.3 Определение рабочих скоростей

3.4 Расчет мощностей на используемых механизмах

3.5 Определение КПД трансмиссии

3.6 Определение мощности двигателей на преодоление сопротивлений

3.7 Расчет производительностей

4. Статический расчет

5. Прочностной расчет

5.1 Прочностной расчет пальца крепления зуба экскаватора

5.2 Прочностной расчет гибкого дна

Заключение

Список литературы

Введение

Машины для земляных работ получили широкое распространение в строительной и горнодобывающей промышленности. Такая техника выполняет большой ряд работ, основными из которых являются разработка грунта, его экскавация и частичная транспортировка. Данную технику классифицируют на 4 типа:

1) Землеройные машины;

2) Землеройно-транспортные машины;

3) Машины для подготовительных и вспомогательных работ;

4) Машины специального назначения.

Самой распространенной техникой являются одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, относящиеся к первому типу. Эти машины обрели широкую популярность их использования, так как они помогают легко выполнять поставленные задачи различного типа и сложности. Данный вид экскаваторов является универсальной техникой за счет возможности смены различного основного и дополнительного рабочего оборудования, будь то ковш, грейфер, драглайн, рыхлитель и т.п. Это является большим преимуществом перед многоковшовыми экскаваторами, которые в свою очередь сложнее в конструкции, а их использование имеет более узкую эксплуатационную направленность.

Одноковшовые экскаваторы в основном эксплуатируются в сферах дорожного и гражданского строительства, горнодобывающей промышленности и карьерах. Их используют для выемки грунта: гранита, песка и прочих пород; копают различного рода траншеи и котлованы, создаются насыпи, обустраиваются дамбы. Также экскаватор может загружать разработанный грунт в транспортирующие средства: самосвалы, вагоны, баржи и т.д.

Одноковшовые экскаваторы довольно практичны в применении, однако, различные климатические условия и свойства грунта не позволяют выполнять работу техники с наибольшей эффективностью, поэтому экскаваторы нуждаются в модернизациях, как правило, связанных с его рабочим оборудованием.

Одной из таких проблем являются липкие и вязкие грунты, налипающие на ковш одноковшового экскаватора. Липкость - это такое физико-механическое свойство, когда грунт во влажном состоянии присоединяется к поверхности рабочих органов при положительной температуре окружающего воздуха.

Поэтому целью данной курсовой работы будет модернизация одноковшового экскаватора, который смог бы работать с липкими грунтами, избегая их налипания на рабочий орган вовсе или в большом количестве.

1. Выбор базовой машины

1.1 Конструкция и принцип действия одноковшового экскаватора

Одноковшовый экскаватор - это машина циклического действия на поворотной платформе, рабочим органом которой чаще всего является такое сменное оборудование как ковш, закрепленный на стреле, рукояти или канатах. Минимальный объём ковша может быть менее 0,1 м³ и достигать объёма до 10 м³, а исходя из индексации одноковшовых экскаваторов, данная машина распределяется на 8 типоразмерных групп, которая в свою очередь зависит от таких параметров экскаватора как: эксплуатационная масса (т), объём ковша (м³) и мощность двигателя (кВт).

Экскаваторы используют для разработки, перемещения, погрузки и укладки грунта, копания траншей и котлованов. При работе корпус землеройной машины остается неподвижным относительно грунта. Тяговое усилие одноковшового экскаватора создается не за счет перемещения самой конструкции машины, как, например, в скреперах или погрузчиках, а за счет механизмов экскаватора.

Разберем конструкцию одноковошового экскаватора на наглядной схеме (Рис.1.1). Одноковшовый экскаватора отечественного производства компании UMG - UMG-E220W (Рис.1.2.)., в которую входят такие заводы как: Эксмаш, Тверской экскаватор, Брянский арсенал, Челябинские строительно-дорожные машины, UMG-Рыбинск.

Экскаватор имеет пневмоколесное ходовое оборудование 11, оснащен поворотной платформой 2 и рабочим органом - ковшом (обратной лопатой) 8. На поворотной платформе 2 размещен двигатель 1 и кабина оператора 3.

Спереди пневмоколесного ходового устройства 11 установлен отвал 9, который предназначен для подготовки, расчистки территории места работы самого экскаватора, а сзади размещены аутригеры - выносные, гидрофицированные опоры, предназначенные для повышения устойчивости машины. Стоит отметить, что отвал 9 также может выполнять функцию передней опоры экскаватора. Рабочее оборудование экскаватора ЕК-18 включает в себя стрелу 4 со стреловыми гидроцилиндрами 10, рукоять 6 с гидроцилиндром 5, отвечающим за движение рукояти и ковша (обратной лопаты) 8 с гидроцилиндром 7, также отвечающим за движение ковша.

Рисунок 1.1. Схема одноковшового экскаватора на пневмоколесном ходу UMG-E220W: 1 - двигатель; 2 - поворотная платформа; 3 - кабина оператора; 4 - стрела; 5,7,10 - гидроцилиндры рукояти, ковша, стрелы; 6 - рукоять; 8 -ковш (обратная лопата); 9 - отвал; 11 - пневмоколесное ходовое оборудование; 12 - аутригеры

Стоит отметить, что поворотная платформа может быть полноповоротной и. не полноповоротной. Полноповоротная платформа позволяет машине стоять неподвижно во время работы, благодаря этому экскаватор сможет выполнять свою работу на все 360 градусов, что значительно облегчает технологию рабочего цикла экскаватора.

Пневмоколесный ход, автомобильная база или база пневмоколесного трактора экскаватора способствует хорошей мобильности одноковшовых экскаваторов, как на рабочей площадке, так и в городских условиях, при этом, не нанося вреда дорожному покрытию, что бесспорно является большим достоинством таких типов ходового оборудования.

Рисунок 1.2. Одноковшовый экскаватор на пневмоколесном ходу UMG-E220W

Перечисленные технические возможности можно отнести к преимуществам данного вида землеройной машины. Это помогло стать одноковшовым экскаваторам универсальной техникой и получить широкое использование по всему миру. Но как же все-таки работает одноковшовый экскаватор?

Принцип действия одноковшового экскаватора относительно прост. Стрела и рукоять машины регулирует высоту, длину и глубину экскавации грунта. Рабочий орган в виде ковша производит разработку грунта и наполняется, затем машинист экскаватора, регулируя рукоять и стрелу гидроцилиндрами, поднимает или же опускает наполненный ковш грунтом, производит его разгрузку на поверхность в специально отведенное место, либо же высыпает грунт в транспортное средство. Затем возвращает машину в исходное положение и продолжает работу. Это называется рабочим циклом одноковшового экскаватора - четыре последовательных операции: наполнение ковша грунтом, перемещение экскаватора или поворот к месту разгрузки с наполненным рабочим органом, разгрузка рабочего органа, возврат в исходную позицию землеройной машины. Затем цикл снова повторяется, пока поставленная рабочая цель и задачи машины не будут достигнуты.

1.2 Классификация одноковшовых экскаваторов

Одноковшовый экскаватор - это машина циклического действия на поворотной платформе, рабочим органом которой чаще всего является такое сменное оборудование как ковш, закрепленный на стреле, рукояти или канатах. Минимальный объём ковша может быть менее 0,1 м³ и достигать объёма до 10 м³.

Одноковшовые экскаваторы можно классифицировать по различным признакам:

· По типу ходового оборудования:

· 1) Гусеничные;

· 2) Пневмоколесные;

· 3) На базе автомобиля;

· 4) На базе трактора;

· 5) На специальном шасси.

· По числу установленных двигателей:

· 1) Одномоторные;

· 2) Многомоторные;

· По типу исполнения рабочего оборудования:

· 1) Канатная подвеска;

· 2) С жёсткой подвеской;

· 3) Телескопическая.

· По типу привода:

1) Механический:

§ Шестеренчатые;

§ Цепные;

§ Клиноременные;

§ Канатные.

2) Гидравлический:

§ Объёмные;

§ Гидродинамические.

3) Электрический:

§ На переменном токе;

§ На постоянном токе.

4) Смешанный:

§ Гидромеханические;

§ Электромеханические.

· По возможности поворота рабочего оборудования относительно опорной поверхности:

· 1) Полноповоротные;

· 2) Неполноповоротные;

· По типу двигателя:

· 1) С двигателем внутреннего сгорания;

· 2) С электродвигателем;

1.3 Технические характеристики одноковшовых экскаваторов и выбор базовой машины

Для выбора базовой машины, составим сравнительную таблицу технических характеристик одноковшовых экскаваторов. Пусть сравниваемые экскаваторы будут на пневмоколесном шасси. В таблице 1 представлены характеристики одноковшовых экскаваторов на пневмоколесном шасси.

На основе анализа таблицы технических характеристик экскаваторов на пневмоколесном ходу, принято решение взять базовую машину экскаватора UMG-E220W. Данная модель пневмоколесного экскаватора имеет наибольшее усилие при копании - 130,5 кН, наибольшую ёмкость ковша - 1,25 м³, а также скорость поворота 7 об/мин., время рабочего цикла 13,5 секунд, что позволит быстрее и в больших объёмах выполнять свою работу. Более того экскаватор UMG-E220W является одной из современных моделей.

Таблица 1

2. Патентный анализ

Рассмотрим некоторое количество патентов, предложенных изобретений с кратким описанием и схемами, направленных в основном на отчистку рабочего органа одноковшового экскаватора от налипшего грунта. У каждого патента постараемся выявить его достоинства и недостатки, но в конечном итоге будет выбран лишь один наиболее рациональный.

Патент РФ № 2149953 [1]. Изобретение относится к рабочему оборудованию одноковшового экскаватора.

Цель изобретения: уменьшить абразивный износ шарнирных элементов привода ковша.

Рабочее оборудование экскаватора включается в себя: привод, рукоять 1 и ковш 2, который выполнен из внешней и внутренней секции, шарнирно соединенных между собой, с рукоятью 1 и приводом посредством тяг и двуплечего рычага 7. Одно из плеч связано через тягу с внутренней секцией 4. Двуплечий рычаг 7 и ось вращения внутренней секции 8 закреплены в верхней части внешней секции со смещением относительно оси крепления последней, при этом второе плечо рычага соединено с приводом и через тягу 9 - с рукоятью 1 (Рис. 2.1.).

Достоинством данного изобретения заключается в уменьшении абразивного износа шарнирных элементов привода ковша, повышении надежности и долговечности рабочего оборудования, улучшении условий работы на переувлажненных и липких грунтах. Все шарнирные элементы привода ковша расположены не на внутренней, а на внешней (задней) части ковша, что исключит их повышенный абразивный износ.

Недостатки изобретения - это сложная, труднореализуемая конструкция и низкая производительность работы одноковшового экскаватора из-за невозможности обеспечения принудительной разгрузки внутренней секции ковша, так как ее перемещение относительно внешней секции ковша не обеспечивает очистку его стенок от налипшего грунта. Соответственно это сокращает объем рабочего оборудования ковша и требует механической очистки.

Рисунок 2.1. Ковш с рычажным очистителем: 1 - рукоять; 2 - ковш, содержащий внешнюю секцию; 3,5,8 - оси; 4 - внутренняя секция; 6 - одноплечий рычаг; 7 - двуплечий рычаг; 9 - шарнирная тяга; 10 - гидроцилиндры привода; 11 - днище

Патент РФ № 2030512 [2]. Изобретение относится к строительным и дорожным машинам и может быть использовано на экскаваторах.

Цель изобретения - улучшение разгрузки ковша экскаватора при работе на липких грунтах.

Стандартные параметры ковша остаются неизменными, однако применяются незначительные модернизации, а именно: сделать днище в виде набора T-образных пластин, прикреплённых к двум тросам, один конец которых шарнирно прикреплен к передней поперечной связи боковых стенок, а другой - также шарнирно к верхней части днища. Выполнение днища ковша из набора Т-образных пластин обеспечивает жесткость этих пластин и крепление к канату. Крепление тросов к переднему поясу и верху ковша обеспечивает подвижность днища и очистку, как самого днища, так и боковых стенок ковша, т.е. принудительную очистку ковша при разгрузке (Рис. 2.2.).