Материал: Роторный траншейный экскаватор ЭТР 253

С этой точки зрения грунт выгодно разрабатывать узкими зубьями при больших подачах (продольных перемещениях).Такая закономерность имеет свои ограничения, так как каждой определенной ширине режущего клина соответствует так называемая критическая глубина среза (толщина стружки), превышение которой приводит к увеличению глубины боковых прорезей h1, но не снижает энергоемкости разрушения грунта.

Для ножей землеройных машин (в том числе и ЭТР), работающих в обычных песчано-глинистых грунтах, критическая глубина резания равна  ширинам среза.

.6 Применяемые зубья и их износ

В экскаваторе ЭТР 253 применяется ротор, предназначенный для разрушения прочных и мерзлых грунтов методом «крупного скола». При этом расстановка зубьев на ковшах ротора производиться в ступенчато-шахматном порядке, что соответствует доведению общего числа зубьев на роторе и в забое до минимально возможного. Это обуславливает снижение потерь на трение и смятие грунта, повышает долю общего усилия, приходящегося на зуб, и обеспечивает таким образом эффективную работу экскаватора в тяжелых грунтовых условиях при полной глубине промерзания в траншее.

Так как усилие, приходящиеся на зуб экскаватора ЭТР 253 велико, то в нем используются зубья новой конструкции, обладающие большей жесткостью и прочностью (рис.2.8). Они вставляются хвостовой клинообразной частью в соответствующей формы карман. Плотная посадка хвостовика зуба в карман обеспечивается силами резания. Для предотвращения выпадения зуба при транспортном ходе экскаватора в отверстие на конце его хвостовой части вставляется шплинт.

Рис. 2.7. Конструкция режущего инструмента. 1 - тело зуба; 2 - пластина твердого сплава.

Один из концевых барабанов (а в некоторых случаях оба, например как у ЭТР 253) выполняют приводными, для чего их с помощью валов соединяют с трансмиссией ЭТР.

Движение ленте передается за счет сил трения, возникающих между лентой и поверхностью приводного барабана. Эти силы могут возникнуть, когда лента будет прижата к поверхности приводного барабана. Для этого ленту натягивают перемещением одного или обоих концевых барабанов с помощью натяжного устройства и фиксируют на раме. С этой же целью за счет обрезинивания поверхности приводного барабана увеличивают коэффициент трение между барабаном и лентой. Верхнюю ветвь ленты, несущую груз, называют рабочей, а нижнюю - холостой или нерабочей.

Чтобы уменьшить прогибы рабочей ветви при перемещении груза, на раме устанавливают дополнительные промежуточные катучие опоры, которые принято называть поддерживающими роликами. Чтобы предохранить грунт от осыпания, по бокам рабочей ветви устанавливают щитки с фартуками, образующие вместе с лентой желоб. Для предотвращения налипания грунта на ленту транспортера, ее поверхности, а также поверхности барабанов очищают скребками. Нерабочая поверхность ленты может очищаться специальными роликами, выполненными в виде витых цилиндрических пружин (спиральные ролики).

Наиболее ответственный элемент транспортера - резинотканевая лента, на работоспособность которой в значительной степени влияет состояние петлевого замка, соединяющего концы ленты, а также направляющего гребня, служащего для предотвращения сбегания ленты с барабанов. Направляющий гребень крепят болтами с гайками с внутренней стороны ленты в средней части по все ее длине, а в концевых барабанах и поддерживающих роликах делают под него кольцевые канавки. Слабым местом этих элементов является их соединение с лентой, где концентрируются нагрузки.

В конструкциях современных ЭТР используются транспортеры двух видов: с цилиндрической поверхностью рабочей ветви ленты (криволинейный или радиусные транспортеры) и с поверхностью, составленной из двух плоскостей (секционные или складывающиеся транспортеры). Первые используются преимущественно на экскаваторах малой и средней мощности, а вторые - на экскаваторах средней и большой мощности (в том числе и на ЭТР 253).

На экскаваторе ЭТР 253 применен складывающийся транспортер, состоящий из двух рам - горизонтальной и наклонной (откидной). Горизонтальная рама закреплена на верхней раме рабочего органа и соединена с откидной осью. На концах горизонтальной и наклонной рам установлены ведущие барабаны, а на откидной оси - промежуточный барабан.

На горизонтальной раме между барабанами установлены семь поддерживающих роликов под рабочей ветвью ленты транспортера и два спиральных ролика под неработающие ветвью. На откидной раме установлены пять поддерживающих и два спиральных ролика.

Ведущий барабан откидной части приводится во вращение двумя, а ведущий барабан горизонтальной части - одним электродвигателем мощностью по 18,5 кВт. Каждый электродвигатель имеет одноступенчатый редуктор для снижения частоты вращения ведущего барабана.

Откидная часть транспортера поднимается снизу двумя телескопическими гидравлическими цилиндрами, расположенными по обе стороны транспортера.

.8 Задняя опора

Задняя опора данного экскаватора крепиться к верхней раме рабочего органа. В ее конструкции предусмотрен подвижный зачистной щит, положение которого регулируется с помощью лебедки. Для удобства работы лебедкой на задней опоре имеется подножка. Непосредственно опорой может служить колесо или лыжи. Лыжи необходимы для мягкого грунта, когда колесо начинает вязнуть. При этом нагрузка от рабочего органа частично воспринимается лыжами, опорная площадь которых составляет 2,0 м2.

.9 Механизм подъема и опускания рабочего органа

Механизм подъема и опускания рабочего органа у ЭТР 253 резко отличается по своей конструкции от подобных механизмов других экскаваторов. К тягачу прикреплена прицепная рама из двух продольных брусьев, соединенных в одну жесткую конструкцию поперечиной и фланцами. Фланцы между собой скреплены болтами. В отверстия продольных брусьев вставлены втулки, имеющие шаровую наружную поверхность. Эти втулки надеты на оси опор, прикрепленных к середине лонжеронов гусеничных тележек трактора. Шаровая поверхность втулок дает возможность продольным брусьям иметь некоторую подвижность относительно продольной оси трактора-тягача. Задняя часть прицепной рамы может подниматься и пускаться относительно уровня земли.

На поперечине имеется восемь (четыре пары) кронштейнов, прикрепленных к внутренней стороне, и два кронштейна, прикрепленных к наружной стороне . Шарнирная крестовина представляет собой конструкцию, сваренную из листовой стали. Втулка крестовины входит между кронштейнами верхней рамы рабочего органа, с которой крестовина соединена вертикальным штырем. На крестовине имеются четыре пары верхних кронштейнов и две пары нижних кронштейнов. Наружные кронштейны поперечины входят между нижними кронштейнами шарнирной крестовины. В отверстия, имеющиеся в каждом кронштейне, вставлены горизонтальные соединительные пальцы, которыми соединяются между собой тягач и рабочий орган. При такой конструкции соединения тягача с рабочим органом нагрузка от последнего воспринимается задней опорой и серединой гусеницы, т.е. распределяется равномерно по всей длине гусеничного хода. Это улучшает проходимость экскаватора как во время работы, так и при передвижении на транспортном ходу

Рабочий орган может перемещаться относительно тягача в вертикальной плоскости вокруг осей соединительных пальцев. Одновременно он может перемещаться относительно тягача в горизонтальной плоскости вокруг оси штыря, соединяющего шарнирную крестовину с верхней рамой рабочего органа.

При подъеме задней части прицепной рамы (поперечины) вместе с ней будет подниматься и передняя часть рабочего органа (крестовина). При этом рабочий органа будет перемещаться в вертикальной плоскости вокруг оси опорного колеса, а расстояние между поперечными осями тягача и рабочего органа будет уменьшаться. Прицепная рама одновременно с рамой рабочего органа будет перемещаться вокруг осей пальцев, соединяющих кронштейны поперечины и крестовины.

Чтобы поднять заднюю часть прицепной рамы и переднюю часть рамы рабочего органа, между кронштейнами установлены четыре гидравлических цилиндра штоками вверх. Головки цилиндров закреплены пальцами между кронштейнами поперечины, а штоки закреплены также пальцами между кронштейнами крестовины.

В рабочем положении, т.е при рытье траншеи на полную глубину (2,5 м), когда ротор опущен на максимальную величину, прицепная рама тягача находится в горизонтальном положении, так же как и верхняя рама рабочего органа. Угол между этими конструкциями равен 180 градусов, штоки полностью входят в гидравлические цилиндры.

При подъеме рабочего органа масло, нагнетаемое в цилиндры, заставляет штоки выходить из них и давить через пальцы на верхние кронштейны крестовины. Последняя будет пытаться повернуться вокруг горизонтальных пальцев, соединяющих нижние кронштейны крестовины с наружными кронштейнами поперечины. Но так как крестовина жестко соединена в горизонтальной плоскости с кронштейном верхней рамы рабочего органа, то за счет изменения своего положение она начинает вращать верхнюю раму вокруг горизонтальной оси колеса задней опоры, вследствие чего передний конец рамы рабочего органа перемещается вверх. Одновременно будут передвигаться вверх вокруг оси своих опор продольные брусья прицепной рамы.

Таким образом, при выходе штоков из гидравлических цилиндров все выше будет подниматься узел соединения прицепной рамы с рамой рабочего органа. Обе эти конструкции будут стремиться «сложиться» вместе, а угол между ними будет уменьшаться. При наибольшем выходе штоков из гидравлических цилиндров подъем достигнет максимальной величины, ротор полностью выйдет из траншеи и поднимется настолько, что расстояние между поверхностью земли и самой нижней его частью будет равно 300 мм.

При рытье траншеи на глубину менее 2,5 м ротор опускается за счет частичного выхода штоков из гидравлических цилиндров. Рабочий орган при рытье траншеи необходимо опускать после того, как начнут работать транспортер и ротор

3. Расчет параметров роторного траншейного экскаватора

.1 Расчет общих параметров

Скорость резания - это скорость движения режущего инструмента по его траектории. Поскольку окружная скорость вращения зубьев ротора намного больше скорости подачи экскаватора (в 25-300 раз), то ее с достаточной степенью точности можно принять за скорость резания.

Очевидно, что чем выше скорость резания, тем большей производительности может достигнуть экскаватор. Однако увеличение скорости резания ограничено условиями разгрузки ковшей: грунт должен успеть полностью высыпаться из ковша под действием своего веса в период его прохождения над лентой транспортера и при этом точно попасть на транспортер (см. чертеж №2, положение II).

Грунт может начать высыпаться в момент, когда ковш минует верхнюю кромку направляющего щита только в том случае, если его вес больше вертикальной составляющей центробежной силы:

,     (3.1)

где G и m - соответственно вес и масса грунта в ковше; n - скорость вращения ротора в об/мин;  - угол наклона к горизонту луча, проведенного из центра ротора через крайнюю точку направляющего щита; R - расстояние от центра ротора до наиболее удаленных частиц грунта в ковше перед ссыпкой (в расчетах равно радиусу ротора по аркам ковшей).

Подставив значение величины G=mg и решив выражение (3.1) относительно скорости n, получим:

, (3.2)

где  - критическая скорость вращения, по достижении которой ковш разгружаться не будет. Обычно принимают .

Частицы выпадающего из ковша грунта движутся по параболе, причем в момент начала выгрузки они имеют скорость, равную окружной скорости ротора и направленную по касательной под углом  к горизонту. Таким образом, горизонтальная составляющая этой скорости равна , а путь грунта в горизонтальном и вертикальном направлении соответственно описывается выражениями:

 и   (3.3)                    

Подставив во второе выражение значение t из первого, получим:

.     (3.4)

Угол начала разгрузки  в предварительных расчетах можно принять равным .

При проектировании следует принимать ширину транспортера с бортами не менее длины ковша плюс горизонтальная проекция траектории падения грунта.

Длину L сектора разгрузки ковшей при предварительном расчете можно принять равной , где  - ширина ленты транспортера.

Следовательно: мм.

Для обеспечения разгрузки ковшей необходимо, чтобы время t1 прохождения каждого ковша в зоне разгрузки было больше, чем время его опорожнения t2:

Определяем t1:

с.

Производительность роторного траншейного экскаватора определяется возможной производительность его рабочего органа и мощностью установленного на нем двигателя.

Максимально возможная производительность ротора экскаватора составляет:

,   (3.6)

где  - емкость ковша в м3;  - число ковшей; n - скорость вращения ротора в об/мин;  - коэффициент разрыхления грунта (определяется по табл.4, стр. 118 [1]);  - коэффициент наполнения ковшей для грунтов (определяется по данным на стр. 185 [1]).

Определим максимально возможную производительность ротора экскаватора при работе в грунте III категории:

м3/ч.

Величина  показывает, какое количество грунта ротор может подать на транспортер. Поэтому следующим агрегатом, определяющим производительность, является транспортер.

Производительность транспортера определяется следующей зависимостью:

,   (3.7)

где F - площадь сечения грунта на выходе с ленты, м2 ();  - конечная скорость грунта на выходе с ленты, м/с;  - рабочая ширина ленты, м.

За счет установки фартуков, предотвращающих просыпание грунта на стороны, рабочая ширина ленты транспортера меньше ее полной ширины  на 200-300 мм.