Курсовая работа: Одноковшовый экскаватор для липких грунтов

Рисунок 2.2. Ковш с гибким днищем: 1- боковые стенки; 2 - режущие кромки; 3 - днище ковша из поперечных Т-образных пластин; 4 - тросы, держащие Т-образные пластины

Наличие гибкого днища обеспечивает принудительную очистку ковша экскаватора при работе на липких грунтах и повышение производительности экскаватора, снижение энергоемкости процессов.

Положительными свойствами изобретения являются простота конструкции и технического обслуживания. Недостаток - наличие шарнирных соединений, работающих в земле, что приведет к ускоренному износу шарниров. Поэтому рассмотрим следующее патентное изобретение, которое является улучшением, т.е. модификацией данного изобретения.

Патент РФ № 2030511 [3]. Изобретение относится к строительным и дорожным машинам и может быть использовано на экскаваторах.

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

За основу берется конструкция ковша предыдущего патентного изобретения и улучшается таким образом, что происходит замена верхних шарниров на двойные поворотные блоки. Одни концы тросов шарнирно присоединены к режущей кромке, а другие через двойные поворотные блоки - к рычагам привода ковша (Рис. 2.3.).

Рисунок 2.3. Модернизированный ковш с гибким днищем: 1 - боковые стенки; 2 - режущие кромки; 3 - днище в виде Т-образных пластин; 4 - тросы; 5 - двойной поворотный блок; 6 - рычаг привода ковша

Набор грунта производится обычным путем посредством поворота стрелы и ковша. В начальном положении экскавации днище ковша будет не полностью повторять очертания боковых стенок 1, потому что тросы 4 будут за счет исходного положения рычага 6 привода ковша, на которой закреплены тросы 4. Это приводит к снижению энергоемкости копания, т.к. грунту не надо перемещаться по всей глубине ковша. Впоследствии по мере поворота ковша днище под действием собственной массы и массы грунта занимает положение, соответствующее контуру боковой стенки, и грунт продолжает наполнять ковш с меньшей энергоемкостью, ведь он заполняет только верхнюю часть лопаты. При разгрузке происходит поворот ковша, и днище принудительно за счет воздействия на тросы рычага 6 начинает разгрузку ковша. Набранный в ковш материал быстро освобождается от воды, проникая через щели Т-образных пластин 3. Разгрузка при этом является принудительной, так как днище очищает боковые стенки и очищается само за счет своей гибкости.

Достоинством следует отметить именно гибкое днище, которое позволяет проводить принудительную разгрузку и лучше отчищать днище ковша, а также замена шарнирных соединений двойными поворотными блоками, что обеспечит меньший износ механизма. Недостатком этого изобретения считаю не совершенство конструкции, а именно наличие тросов, которые в процессе эксплуатации имеют возможность оборваться, а также устаревание самой конструкции патентного изобретения.

Патент РФ № 97142 [4]. Изобретение относится к ковшам одноковшовых экскаваторов, используемых в большей степени при разработке грунтов, склонных к налипанию.

Цель изобретения - повышение производительности и устранение налипания влажных грунтов к ковшу одноковшового экскаватора.

Достигается результат тем, что по всей ширине днище ковша изнутри устанавливается полоска из упругого эластичного материала, один конец которого прикреплен к ножу, а другой свободный, причем поверхность полоски покрыт гидрофобным материалом или обработан гидрофобным составом. В боковых стенках выполнены щелевые отверстия для стока воды, а в днище - для сообщения с атмосферой, или полоска закреплена с двух концов, или в ковш изнутри вставлен мешок, изготовленный из гидрофобного материала и облегающий внутреннюю поверхность, закрепленный по периметру края ковша с возможностью выворачивания его при разгрузке ковша.

На рис.2.4. показан вид сбоку ковша в разрезе при наполнении грунтом, а на рис.2.5. показано сечение “А”, где проиллюстрированы щелевые отверстия. Ковш содержит днище 1 с задней стенкой, боковые стенки 2, нож 3, навесное устройство 4, полоска по всей ширине днища из упругого, эластичного и гидрофобного материала 5. В боковых стенках выполнены продольные щелевые отверстия 7 для слива зачерпнутой воды, а в днище 1 - щелевые отверстия 8 для сообщения полости между днищем и полоской 5 с атмосферой.

Рисунок 2.4. Ковш с гибким и эластичным днищем: 1 - днище с задней стенкой; 2 - боковые стенки; 3 - нож; 4 - навесное устройство; 5 - полоска по всей ширине днища из упругого, эластичного, гидрофобного материала; 7 - продольные щелевые отверстия для слива зачерпнутой воды

Рисунок 2.5. Сечение “А”: 1 - днище с задней стенкой; 8 - щелевые отверстия

Принцип работы такого вида ковша таков: при захвате липкого грунта с водой полоска 5 прижимается к днищу 1 ковша, зачерпнутая вода сливается через щелевые отверстия 7, при выгрузке грунта полоска 5 легко открывается от днища вследствие наличия щелевых отверстий 8, через которые проникает атмосферный воздух (ликвидируется вакуум). Полоска 5 соскабливает своей боковой кромкой липкий грунт с боковин ковша. На полоске нет липкости вследствие выполнения поверхности ее гидрофобной.

Достоинством изобретения является полоска из эластичного, упругого и, что важно, гидрофобного материала, который препятствует налипанию влажного и липкого грунта. Более того, если сравнить данный вид ковша с изобретением, представленным в патенте РФ № 2030511 [3], то этот имеет конструкционное преимущество из-за отсутствия Т-образных пластин, которые крепятся на тросы. Это значит что конструкция изобретения проще, чем в предыдущих патентах. Щелевые отверстия, расположенные в боковых стенках ковша 7 и между днищем 1 и полоской 5 для сообщения полости, также являются хорошим преимуществом по сравнению с другими предлагаемыми ранее изобретениями.

Исходя из патентного анализа, Патент РФ № 97142 [4] - лучший выбор для модернизации рабочего оборудования одноковшового экскаватора для работы с липкими и влажными грунтами. Данное изобретение повысит производительность рабочего процесса и остановит налипание грунтов на рабочий орган.

3. Общий расчет параметров одноковшового экскаватора

3.1 Предварительный выбор габаритов и масс

Линейные размеры габаритов и значения масс базовой машины берутся на основании выбранного аналога одноковшового экскаватора взятого ранее.

Основные размеры экскаваторных движителей назначают из условий обеспечения их передвижения в заданных режимах, а также устойчивости при экскавации грунта. Для одноковшового экскаватора на пневмоколёсном шасси основными размерами являются его база L и K, ширина колёс В. (Рис. 3.1).

Рисунок 3.1. Схема базовой машины L=2,57 м; B=1,82 м; K=0,34 м.

Расчёт остальных параметров производим на основании рекомендаций [3] по равенству:

, (3.1)

где А - искомый размер, м; - коэффициент; - коэффициент вариации; L/2 - полубаза машины, м.

Результаты расчётов заносим в табл. 3.1. Размеры показаны на рис. 3.2.

Таблица 3.1. - Размеры элементов рабочего оборудования

Массу ковша находим в зависимости от его вместимости

(3.2)

где V - вместимость ковша, принимаем 1,25 м³ .

Принимаем m_k=1000 кг.

Массы рукояти и стрелы выбирают в зависимости от массы ковша (Табл. 2.13, [3]).

Масса стрелы:

т

Принимаем m_с=1400 кг.

Масса рукояти:

Рисунок. 3.2. - Конструктивная схема экскаваторного оборудования

т

Принимаем m_р=450 кг.

3.2 Расчет основных технологических сопротивлений

Основными сопротивлениями в алгоритме расчета одноковшового экскаватора является сопротивление копанию, сопротивление передвижения машины (транспортное сопротивление) и момент поворота экскаватора.

Сопротивление резанию находится по формуле:

P_К = Р_Р + P_ППВ + Р_ЗРО; (3.3.)

где Р_Р - сопротивление резанию, Р_ППВ - сопротивление перемещения призмы волочения и Р_ЗРО - сопротивление заполнения рабочего органа. Это формула расчета по методу Домбровского Н.Г., но так как последние два вида сопротивлений достаточно мало, поэтому рассчитаем только сопротивление резания грунта.

Определение сопротивления резания грунта осуществляется по методу Горячкина В.П. по формуле:

; (3.4.)

где T - тангенциальная сила сопротивления равная; N - нормальная сила сопротивления.

T = р_р·F_ср; (3.5.)

N = Ш·T; (3.6.)

где р_р - удельная сила сопротивления резанию грунта (табличное значение);

F_ср - площадь среза, которая находится по формуле F_ср = B·h (B - ширина рабочего органа, h - толщина срезаемой стружки); Ш = 0,3;

Итак, рассчитаем сопротивление резания грунта для нашей базовой машины:

;

;

где h - толщина срезаемой стружки; B - ширина рабочего органа.

Чтобы определить толщину срезаемой стружки, воспользуемся следующим равенством:

(3.7.)

где q_к - объём ковша (м³);

k_н - коэффициент наполнения ковша;

B - ширина ковша (м);

H₁ - площадь среза грунта;

k_р - коэффициент разрыхления грунта.

Из данного равенства выразим и найдём h:

(3.8.)

;

;

Сопротивление резанию базовой и модернизированной машины равно 37,42 кН.

Чтобы определить транспортное сопротивление одноковшового экскаватора воспользуемся следующей формулой:

(3.9.)

- коэффициент качения, берется из таблицы (- 0,02);

- вес машины (одноковшового экскаватора);

- коэффициент сопротивления воздуху;

- скорость машины;

Определим транспортное сопротивление базовой машины:

Транспортное сопротивление базовой машины и модернизированной равно 4214,25 Н =4,214 кН.

Для определения момента поворота пользуемся формулой:

; (3.10.)

где I -момент инерции, щ - угловая скорость.

Для определения момента инерции воспользуемся следующей формулой:

(3.11.)

где m - масса одноковшового экскаватора; d - диаметр поворотного механизма.

Определим момент поворота:

Н·м

Момент поворота одинаковый у базовой и модернизированной машины.

3.3 Определение рабочих скоростей

Исходя из использования метода на основе аналога базовой машины одноковшового экскаватора, то значения рабочих скоростей, как правило, уже известны. Необходимо знать такие рабочие скорости как: скорость копания, скорость поворота одноковшового экскаватора и скорость транспортировки.

(3.12.)

где n - количество оборотов совершенных за минуту.

Выбранный одноковшовый экскаватор имеет гидравлический привод рабочего оборудования, поэтому скорость копания определяется скоростью хода штока гидроцилиндра.

3.4 Расчет мощностей на используемых механизмах

Транспортная мощность одноковшового экскаватора определяется по формуле:

(3.13.)

Транспортная мощность для базовой и модернизированной машины одинакова и равна

Для определения мощности поворота одноковшового экскаватора воспользуемся формулой:

(3.14.)

Мощность поворота также будет одинакова для базовой и модернизированной машины -

Мощность копания определяется по следующей формуле:

(3.15.)

Значение мощности копания одно как у базовой, так и у модернизированной машины.

3.5 Определение КПД трансмиссии

Значения коэффициента полезного действия для базовой и модернизированной машины таковы:

?_тр = 0,85

?_пов = 0,8

?_к = 0,75

Так как рабочее оборудование одноковшового экскаватора гидрофицирован, то КПД копания примем равный КПД гидравлической системы.

3.6 Определение мощности двигателя на преодоление сопротивлений

Мощности двигателя определяются по формулам:

(3.16.)

(3.17.)

(3.18.)

Показатели мощности одинаковы как базовой, так и модернизированной машины.

3.7 Расчет производительностей

Производительность бывает трёх видов: конструкторская, техническая и эксплуатационная. Для их расчета используют соответственные формулы:

(3.19.)

где q - ёмкость ковша;

t_ц - время цикла одноковшового экскаватора.

(3.20.)

где К_н - коэффициент наполнения ковша (К_н=1,05-1,1);

К_р - коэффициент разрыхления грунта (К_р=1,1-1,2).

(3.21.)

Где К_д - коэффициент использования мощности двигателя(К_д=0,7- 0,8);