Кв - коэффициент использования машины по времени(Кн=0,8 - 0,9).
Рассчитаем производительности для базовой машины, с учетом времени на отчистку ковша от налипшего грунта:
При расчете производительности добавляем 20 секунд к времени цикла экскаватора, так как столько времени потребуется для очистки ковша от налипшего влажного грунта.
Теперь рассчитаем производительности для модернизированной машины:
Благодаря выбранной модернизации рабочего органа, которая позволяет не налипать влажному грунту, получаем заметно повышенную производительность одноковшового экскаватора.
4. Статический расчет
Произведем расчет на устойчивость одноковшового экскаватора в положении, когда машина стоит на уклоне 5° в сторону стрелы, поворотная платформа установлена поперек ходового оборудования, ковш с грунтом на наибольшем вылете подвернут с помощью гидроцилиндра ковша под рукоять.
Центробежные силы, возникающие от поворота платформы, определим по формуле: экскаватор оборудование усилие устойчивость
F = mrw2 = (Gr / g)(рn / 30) = 0,0904Gr (4.1.)
где m - масса сборочной единицы, кг;
r - радиус от оси вращения поворотной части машины до центра тяжести соответствующей сборочной единицы, м;
w - частота вращения поворотной платформы, 1/с;
n - частота вращения поворотной платформы, об/мин;
G - вес сборочной единицы, кН;
g - ускорение силы тяжести, м/с 2.
r = x2 + y2.
Действующие центробежные силы будут равны:
- на поворотную платформу с механизмами:
Fп.п =0,0904·58,02·1,195=6,27 кН;
- на стрелу с гидроцилиндрами:
Fс =0,0904·18,24·2,08=3,43 кН;
- на рукоять с гидроцилиндром ковша:
Fр =0,0904·5,17·5,58=2,61 кН;
- на ковш с грунтом:
Fк+г =0,0904·13,36·6,41=7,74 кН.
Рисунок 4.1. Схема к расчету на устойчивость
Удерживающий момент определим по выражению:
Му=Gп.п · [(Хп.п+В)-Zп.п]+ Gх ·(В·- Zх ·)+Fп.п· Zп.п, (4.2.)
где В - расстояние от оси вращения до ребра опрокидывания, В= 1,935м.
Му =58,02·[(-1,195+1,935)-1,57]+53,26·(1,935·-0,618·)+6,27·1,57 = 158,65кН·м.
Опрокидывающий момент находим по выражению:
Мо= Gс· [(lc-B)+Zc]+ Fc· Zc+ Gp· [(lp-B)+Zp]+ Fp· Zp+ + Gк+г· [(lк+г- B)+Zк+г]+ F к+г · Z к+г (4.3.)
Мо= 18,24· [(2,08-1,935)+3,65]+ 3,43· 3,65+ 5,17· [(5,58-1,935)+4,34]+ 2,61· 4,34+3,36· [(6,41-1,935)+2,72]+ 7,74 · 2,72 = 136,76 кН·м.
Коэффициент запаса устойчивости найдем по формуле:
kу= Му/ Мо=158,65/136,76=1,16> [kу]=1,15.
5. Прочностной расчет
5.1 Прочностной расчет пальца крепления зуба экскаватора
Исходными данными являются: Р01=37,42кН - сила сопротивления грунта копанию, диаметр пальца - d=30 мм, S1=31мм - толщина стенок зуба, S2=57мм - толщина посадочного места. Материал пальца Сталь 30Х, у которой ;
Условие прочности по напряжениям среза определим по формуле:
(5.1.)
Расчётная схема для расчёта пальца представлена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1. Расчетная схема крепления зуба
где i - число плоскостей среза (i=2);
d - диаметр пальца (d=30 мм);
- допускаемое напряжение среза,
Условие прочности по напряжению среза выполняется.
5.2 Прочностной расчет гибкого дна
Представим что гибкое дно модернизированного рабочего органа это пластинчатая пружина. Тогда расчет на прочность будет соответствовать расчету пластинчатой пружины
Исходными данными являются: длинна пружины l=1200мм, толщина b=20мм, а также сила сопротивления грунта копанию Р01=37,42кН. Расчетная схема пластинчатой пружины представлена на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2. расчетная схема пластинчатой пружины.
Материал пружины Сталь 60С2А, у которой .
Исходя из построенных эпюр Qy и Mx, определим положение опасного сечения и запишем уравнение прочности на изгиб:
где Мmax - максимальный изгибающий момент, кН.
(5.2.)
Wx- момент сопротивления балки имеет прямоугольное сечение, тогда:
(5.3.)
где b- ширина пружины, мм;
h- высота (высота по ковшу =625), мм
б- при h/b?10=0,333
Тогда:
Условие прочности выполняется.
одноковшовый экскаватор мощность прочность палец
Заключение
Экскаватор UMG-E220W был выбран в качестве базовой машины, которая успешно претерпела модернизацию рабочего органа для работы с липкими грунтами. Модернизация рабочего органа была выбрана в процессе патентного анализа изобретений, где был выбран наилучший вариант модернизации рабочего органа одноковшового экскаватора для работы с влажным и липким грунтом.
Были произведены все необходимые расчеты базовой и модернизируемой машины, а именно: расчеты сопротивлений, тяговые расчеты, расчеты на устойчивость машины, а также прочностной расчет. Данное улучшение рабочего органа одноковшового экскаватора позволило сократить время цикла одноковшового экскаватора, то есть повысить производительность работы землеройной машины.
Список литературы
1. Машины для земляных работ: Учебник / Гаркави Н.Г., Аринченков В.И., Карпов В.В. и др.; под ред. Н.Г. Гаркави. - М.: Высш. школа, 1982 - 335 с., ил.
2. Наземные транспортно-технологические комплексы и средства: учебное пособие / Ш.М. Мерданов, А.А. Серебренников, Д.В. Райшев, А.В. Яркин; под общей редакцией доктора технических наук, профессора Ш.М. Мерданова. - Тюмень: ТИУ, 2019 - 324с.
3. Проектирование машин для земляных работ / Под ред. А.М. Холодова. - Харьков: Выш. шк. Изд-во при Харьк. ун-те, 1986.- 272с.
4. Алексеева Т.В. Дорожные машины, часть 1. Машины для земляных работ / Т.В. Алексеева, Н.А. Артемьев, А.А. Бромберг. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: «Машиностроение», 1972. - 504 с.
5. Проектирование гидропривода машин для земляных работ: Учеб. пособие / Щемлев А.М. - Могилёв: ММИ, 1995. - 322 с.: ил.
6. Тракторы и автомобили: Учебники и учеб. пособия для с.-х. техникумов / Гуревич А.М., Сорокин Е.М. - Изд. 4-е, перераб. и доп. М., “Колос”, 1978. - 479 с. с ил.
7. Машины для земляных работ / Г.В. Кирилов, П.И. Марков, А.В. Раннев и др.; Под ред. М.Д. Полосина, В.И. Полякова. - 3-е изд.перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1994. - 288с.