Материал: Патентное исследование с целью модернизации гидравлического экскаватора

1.3 Методы создания производственных машин на базе унификации

В настоящее время для создания на базе исходной модели машины ряда ее производных различного или одинакового назначения, но с различными техническими показателями, существует несколько направлений. Не все эти направления универсальны, и каждый из приводимых ниже методов создания производных унифицированных машин применим только к определенным категориям машин, их экономический эффект может быть различен. Возможно также сочетание и параллельное применение нескольких методов (комбинированные методы).

Секционирование - метод, заключающийся в разделении машины на одинаковые секции и образовании производных этой машины набором унифицированных секций. Экономичность образования машин этим методом мало страдает от введения отдельных нестандартных секций, необходимых для приспособления длины машины к местным условиям.

Примеры секционирования:

) Ленточные, скребковые, цепные транспортеры - построение каркаса машины из секций и составление машин различной длины с новым несущим полотном;

) Ковшовые элеваторы, пластинчатые транспортеры - изменение длины несущего полотна изъятием или добавлением унифицированных секций - звеньев этого полотна.

Метод изменения линейных размеров используется с целью повышения или снижения производительности машины путем увеличения или уменьшения длины рабочего органа при сохранении формы его поперечного сечения применительно к машинам роторного типа, например, шестеренчатые и лопастные насосы, вальцевые машины, роторные дробилки, барабанные питатели и другие, производительность которых пропорциональна длине их рабочего органа - ротора. Унифицируются при этом только торцевые крышки корпусов ротора и некоторые вспомогательные детали. Главный же экономический эффект достигается за счет сохранения технологического оборудования для обработки элементов рабочего органа.

Метод базового агрегата заключается в использовании базового агрегата, превращаемого в машины различного назначения путем присоединения к нему специального сменного оборудования. Метод широко используется в строительных и дорожных машинах (бульдозеры, экскаваторы, самоходные краны, погрузчики, укладчики и др.), где в качестве базового агрегата применяется тракторное или автомобильное шасси, выпускаемого серийно.

Дополнительные устройства, необходимые для присоединения различного сменного оборудования, в свою очередь, могут быть унифицированы (коробки отбора мощности, лебедки, реверсы, тормозные устройства, механизмы управления и др.).

Компаундирование - это метод, заключающийся в параллельном соединении машин или их агрегатов с целью увеличения мощности или производительности установки. Метод осуществляется с помощью:

) Установки спариваемых (одинаковых) машин рядом как независимых агрегатов, например, установка судовых или авиационных двигателей, работающих каждый на свой винт и позволяющих увеличивать мощность, улучшать маневренность, повышать надежность машин;

) Установки машин, связанных друг с другом синхронизирующими или транспортными устройствами: установка параллельно в технологической линии одинаковых машин (дробилок), имеющих меньшую чем линия, производительность; при этом технологический поток вначале разделяют в соответствии с количеством параллельно установленных машин, а затем снова соединяют в один;

) Конструктивного объединения отдельных машин в один агрегат путем их сдваивания или страивания на общей станине, что позволяет увеличить производительность пропорционально количеству установленных машин; пример - шлифовально-затирочная установка для отделки панелей перекрытия на подвижной раме с несколькими вращающимися шлифовальными машинами.

Модифицирование - это метод, заключающийся в переделке машины с целью приспособления ее к иным условиям работы, операциям и видам продукции без изменения основной конструкции. Метод может быть использован в случаях работы машины в различных климатических условиях (тропического или арктического исполнения) и сводится к замене материалов деталей и узлов машины, а также при необходимости облегчения машины путем замены тяжелых сплавов (чугуна) легкими (алюминиевыми).

Агрегатирование - метод, заключающийся в создании машин путем сочетания унифицированных агрегатов как автономных узлов, устанавливаемых в различном числе и комбинациях на общей станине. Например, агрегатные металлообрабатывающие станки, созданные на основе унифицированных блоков - обрабатывающих блоков, поворотных столов, механизмов синхронизации и других; использование стандартизованных узлов и агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью: редукторов, насосов, коробок скоростей, механизмов управления и так далее, а также заимствование отдельных узлов агрегатов с серийно изготовляемых изделий.

Этот метод позволяет сократить сроки и стоимость проектирования и изготовления машин, упростить обслуживание и ремонт, сократить затраты на их проведение.

Комплексная стандартизация. Этот метод используется для агрегатов простейшего типа (теплообменников, отстойников, смесительных установок), в которых простота конструкции позволяет стандартизировать все или почти все элементы этих агрегатов по типоразмерам, такие, например, как обечайки, днища, крышки, люки, стойки, лапы крепления,

теплообменники, приводы мешалок, дозаторы и т.д. Из стандартных деталей, унифицированных узлов и покупного оборудования можно компоновать агрегаты: с одинаковым рабочим процессом, но с различными размерами и производительностью; одного и того же назначения, но с другими параметрами рабочего процесса (давление, вакуум, температура); различного назначения и с различным рабочим процессом.

Унифицированные ряды - это метод, заключающийся в образовании производных машин разной мощности или производительности путем изменения числа главных рабочих органов и их применения в различных сочетаниях.

Такие ряды машин называются семейством, гаммой или серией.

Примеров образования унифицированного ряда машин может служить создание: рядов четырехтактных двигателей внутреннего сгорания на основе унифицированной цилиндровой или частично шатунно-поршневой группы; рядов роторных машин путем изменения числа унифицированных операционных блоков (ковшей роторного экскаватора, молотков и бит в дробилках ударного действия и др.), от которых зависит производительность этих машин.

При этом, наряду с изменением числа операционных блоков на роторных машинах можно менять и их конструкцию, приспосабливая, таким образом, машину к выполнению различных операций. Это пример сочетания метода унифицированных рядов с методом агрегатирования.

Рассмотренные методы образования или создания машин и их рядов на базе унификации не являются универсальным и всеобъемлющими. Каждый из них применим у ограниченной категории машин.

Многие машины по конструкции не допускают образования производных; нецелесообразно создавать производные ряды для специализированных машин, машин большой мощности и других, относящихся к категории единичного производства.

Особое значение рассмотренные методы унификации и создания производных рядов имеют в обеспечении технологичности машин и их удешевлении.

Однако технологичность не может служить определяющим началом конструирования, она лишь должна обеспечить главное направление конструирования - повышения качества машин, их надежности и экономического эффекта.

.4 Исходные материалы для проектирования

Исходными материалами могут служить:

Техническое задание. Безусловно, главный и основополагающий исходный материал. В техническом задании определяются основные параметры будущей машины (габариты, требуемая производительность и. т.д.), область её применения и условия, в которых машина будет работать.

Техническое предложение. Техническое предложение разрабатывается на основе технического задания. Оно представляет собой сумму всех конструкторских решений, позволяющих выполнить техническое задание в полном объёме, а так же конструкторской документации к каждому представленному решению.

Научно-исследовательская работа. При конструировании новой машины проверяются научно-исследовательские работы в области применения будущей машины (или в смежных отраслях) на предмет внедрения полученных данных такой работы в конструкцию разрабатываемой машины.

Либо принять за основу экспериментальный образец, полученный ранее на основе научно-исследовательской работы.

Изобретение. Так же не следует обходить вниманием, сделанные ранее изобретения в отрасли применения будущей машины, так как многие решения являются удачными с экономической и технической стороны.

Кроме того следует помнить, что изобретательская деятельность является основополагающей для развития научно-технического прогресса.

- Зарубежные образцы машин. Одним из способов выполнения технического задания является копирование зарубежного аналога требуемой машины. Может производиться копирование, как отдельного агрегата машины, так и всей машины в целом, но с внесением незначительных изменений в конструкцию или технические характеристики.

2. Характеристика объекта исследования

.1 Общие сведения

Одноковшовые экскаваторы предназначены для выполнения земляных, карьерных и вскрышных работ. Ими копают грунты I-IV групп и разрыхленные скальные породы, грузят грунт в транспортные средства или переносят в отвал.

Одноковшовые экскаваторы являются машинами цикличного действия. Рабочий цикл экскаватора состоит из последовательных операций копания (резания с набором грунта в ковш), поворота ковша из забоя, выгрузки грунта и обратного поворота в забой.

Одноковшовые экскаваторы различаются: по емкости ковша; по назначению и области применения; по виду рабочего оборудования; по типу ходового устройства; по количеству установленных двигателей и типу силовой установки; по углу поворота относительно своей вертикальной оси; по системе управления и другим признакам.

2.1.1 Назначение и область применения одноковшового экскаватора

Одноковшовые экскаваторы различаются:

по емкости ковша;

по назначению и области применения; по виду рабочего оборудования;

по типу ходового устройства;

по количеству установленных двигателей и типу силовой установки;

по углу поворота относительно своей вертикальной оси;

по системе управления и другим признакам.

По назначению и области применения одноковшовые экскаваторы можно разделить на четыре типа.

Экскаваторы строительные общего назначения находят самое широкое применение в промышленном и жилищном строительстве.

Экскаваторы карьерные гусеничные используются для добычи полезных ископаемых на открытых разработках и в карьерах. Машины этого типа обозначаются ЭКГ.

Экскаваторы вскрышные гусеничные предназначены для производства вскрышных работ на угольных разрезах и открытых разработках в горнорудной промышленности. Такие машины обозначаются ЭВГ.

Шагающие драглайны ЭШ выделяются в отдельную группу; они применяются преимущественно в гидротехническом строительстве для разработки и отсыпки в отвал грунтов I-IV групп, а также на вскрышных работах в угольной и горнорудной промышленности:

а) прямая лопата - для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора;

б) обратная лопата - для разработки грунтов, находящихся ниже уровня стоянки экскаватора (применяется преимущественно для рытья небольших котлованов и траншей);

в) драглайн - для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора (применяется при рытье глубоких котлованов и широких траншей, при возведении насыпей, на вскрышных и других работах);

г) грейфер для рытья колодцев, узких и глубоких котлованов;

д) струг - для планировочных работ в специфических условиях (когда невозможно применить более производительные землеройно-транспортные машины);

е) скребок - засыпатель на стреле струга;

ж) засыпатель на стреле драглайна;

з) копер для забивки свай;

и) дизель - молот для разработки мерзлых грунтов;

к) корчеватель пней.

Кроме перечисленного оборудования на экскаваторах используют крановое оборудование, трамбующие плиты, клиновые и шаровые рыхлители для разрушения мерзлых грунтов или для разделки негабаритного камня в карьерах.

2.1.2 Анализ конструкций и технических характеристик отечественных и зарубежных машин

Основные технические характеристики российских и зарубежных одноковшовых экскаваторов