Учебные пособия и литература / Пособие по СДМ Курсовой проект

Рис.8 Кинематические схемы управления стреловым оборудованием гидравлических одноковшовых экскаваторов [4].

1- стрела; 2-рукоять; 3- ковш; 4- гидроцилиндр управления стрелой; 5- гидроцилиндр поворота рукояти; 6- гидроцилиндр поворота ковша; 7 – поворотная колонна или платформа с ОПУ.

11

Механизм поворота ковша.

Для обеспечения зачерпывания и разгрузки ковша его поворот должен происходить на 120-1500. Так же при повороте ковша необходимо обеспечить напорное усилие на забой. Для этого используют шестизвенный или четырехзвенный механизм. На рукояти закреплены гидроцилиндр поворота ковша, коромысло, тяга и ковш.

Рис.9 Шестизвенный и четырехзвенный механизмы поворота ковша.

Рис. 10 Графики усилий на зубьях ковша, передаточные числа(u) и соотношения P01/u.

12

Произведя расчеты на модели необходимо построить график напорного усилия на зубьях ковша, выбрать диаметр гидроцилиндра (dгк) и давления в гидросистеме (Рг) из стандартного типоразмерного ряда.

Кз =1,3 – 1,6 (1)

4. Ковши экскаваторов. Особенности работы и проектирования.

Рабочий цикл экскаватора состоит из следующих операций:

1)отделение грунта от массива при помощи резания, скола, отрыва, отделения;

2)захват отдельной части грунта рабочим органом, заполнение рабочего органа

3)перемещение грунта в ковше к месту разгрузки;

4)выгрузка из ковша в транспортное устройство или в отвал.[8]

Операция отделения во время проведения операции по отделению грунтовой стружки отделяющая часть должна:

-обеспечивать максимальное снижение сопротивления грунта при резании;

-иметь прочность достаточную для преодоления рабочих нагрузок;

-соответствовать физико-механическим параметрам разрабатываемого грунта;

Снижение сил сопротивления при резании грунта можно обеспечить статическими и динамическими методами.

Заполнение ковша может происходить путем его поворота и поступательным движением за счет совместного действия рукояти и стрелы. В грейферном ковше для зачерпывания используется встречное движение ковшей.

Рис. 11 Расчетные схемы копания грунта поворотом ковша.

а – обратная лопата; б- прямая лопата. в - грейферного ковша.

13

Во время заполнения ковша, машинист не может контролировать толщину стружки, так же имеются местные грунтовые условия, которые приводят к образованию призмы волочения перед ковшом. На рис. 12 представлены формы призм волочения для наклонных и горизонтальных траекториях движения.

Рис.12 Схемы заполнения ковша при наклонных и горизонтальной траекториях движения.

Рис.13 Ковш обратная лопата.

1- зуб; 2- боковой нож; 3 – боковая стенка; 4 – лист усиления; 5 – Проушина крепления ковша к рукояти; 6- проушина крепления ковша к толкающему звену; 7 – задняя стенка ковша; 8 – передняя стенка ковша; 9 – литой или штампованный козырек.

14

Рис.14 Параметры стандартного ковша обратной лопаты.

15

							Таблица 1
	Емкость	Вср	R	R1	L	r1	r2
	ковша, м3
		мм	мм	мм	мм	мм	мм
	0,32	750	1010	1110	560	380	230
	0,4	850	1010	1170	590	410	240
	0,5	950	1130	1240	630	440	250
	0,63	1050	1200	1320	660	470	270
	0,8	1150	1280	1410	700	500	280
	1,00	1250	1360	1500	740	530	300
	1,25	1350	1450	1600	780	560	320
	1,6	1500	1550	1710	850	600	340
	2,0	1650	1650	1820	890	640	360
	2,5	1800	1750	1930	950	690	380
	3,2	1950	1880	2080	1010	740	400

Размеры а и b необходимо определить самостоятельно, исходя из количества зубьев (а= 50 – 150 мм).

5. Определение сил сопротивления на рабочем органе экскаватора.

Во время работы строительные машины находится под действием сил сопротивления, которые необходимо учитывать в расчетах.

Также важное значение имеет скорость приложения нагрузки и частота циклов нагружения, так как гидравлический экскаватор - это машина циклического действия. Режим работы экскаватора можно разделить на расчетный и эксплуатационный. Методика расчета рабочего оборудования гидравлического экскаватора с учетом режима работы будет изложена в следующем пособии.

Для учета инерционных нагрузок в среде проектирования SolidWorks необходимо выполнить следующие условия.

-задать силу тяжести;

-определить нагрузки в виде графиков с изменением значений во времени.

Ветровые нагрузки.

Ветровые нагрузки могут быть рассчитаны по ГОСТ 1451-77 и приложены к боковым частям металлоконструкций.

Давление ветра на металлоконструкции стрелового оборудования определяют по формуле:

(2)

16

где p – расчетное удельное давление ветра, Па; Sп – наветренная площадь стрелы, м2.

Так как площадь стрелового оборудования программе известна, то необходимо только приложить распределенное давление на выбранные поверхности.

Распределенную ветровую нагрузку на единицу расчетной площади элемента конструкции можно определить по формуле

(3)

где q – динамическое давление ветра, принимаемое на высоте до 10 м над уровнем земли, вне зависимости от района установки - 125 Па (при скорости ветра V= 14 м/с) для условий речных и морских портов - 250 Па (при скорости ветра V=20 м/с).

Для нерабочего состояния динамическое давление ветра на высоте 10 м над поверхностью земли, для разных районов России принимают:

							Таблица 2
Ветровой район	I	II	III	IV	V	VI		VII
Скорость ветра V, м/с	21	24	27	30	33	37		40
Динамическое давление, q, Па	270	350	450	550	700	850		1000

Если район работы экскаватора не определен, то динамическое давление q допускается принимать равным 450 Па;

k – коэффициент, учитывающий изменение динамического давления ветра в зависимости от высоты расположения элемента от поверхности земли в рабочем и не рабочем состоянии экскаватора;

Таблица 3

Высота над уровнем земли, м	10	20	40	60	100	200	350 и
							выше
k	1	1,25	1,55	1,76	2,1	2,6	3,1

Для промежуточных высот значение k допускается определять линейной интерполяцией; с – коэффициент аэродинамической силы для различных профилей и их

конфигураций, принимают по табличным данным приложения 1 ГОСТ 1451-77 ( для упрощения расчетов можно коэффициент аэродинамической силы принять за 1);

n – коэффициент перегрузки, при нерабочем состоянии равен 1,1.

Нагрузки возникающие при работе стрелового оборудования.

В зависимости от того какой вид работ выполняет экскаватор. И какую часть операции сочетание прикладываемых нагрузок может быть разным. Можно учитывать следующие виды нагрузок:

17

-силу сопротивления резания;

-касательную составляющую силы сопротивления резания грунта;

-нормальную составляющую силы сопротивления резания грунта;

-боковую составляющую силы сопротивления резания грунта;

-вес грунта в ковше экскаватора;

-сопротивление от перемещения призмы волочения перед ковшом;

-силы сопротивления резания могут быть приложены как основным ножам и зубьям, так и к боковым ножам

-силы сопротивления, при блокировании ковша в траншее или выполнении транспортных операций ковшом, которые можно приложить к боковым стенкам ковша.

Определение сил сопротивления копания.

Силу сопротивления резанию можно разделить на три составляющие:

-P01 – касательная составляющая силы сопротивления резания;

-P02 – нормальная составляющая силы сопротивления резания;

-P03 – боковая составляющая силы сопротивления резания.

Рис. 15 Схема силового взаимодействия режущего клина с грунтом.

(4)

(5)

ψ – коэффициент зависящий от однородности и прочности грунта, заднего угла резания, размера, формы износа задних граней режущих элементов. Для грунтов III – IV категории ψ = 0,15 – 0,3

Для прочных неоднородных полускальных и мерзлых ψ = 0,3-0,6

(6)

18

где - ψ1 – зависит от однородности и прочности грунтов, формы ковшей и их положения в забое.

ψ1=0,1-0,3

а)	б)	в)
	Рис. 16 Виды резания:
а – свободное;	б - блокированное;	в) – полублокированное.

Если в расчетном случае учитываются еще и такие составляющие как сила трения ножа о грунт, сила сопротивления от перемещения призмы волочения и сила сопротивления заполнения ковша. То расчет можно произвести по формуле проф. Домбровского.

(7)

Сила сопротивления резанию:

(8)

Сила трения ножа о грунт:

(9)

Силы сопротивления от перемещения призмы волочения Pпр и заполнения ковша Рзап .

(

)

(10)

где Vпр – объем призмы волочения; q - вместимость ковша; ε – удельное сопротивление от перемещения призмы грунта при заполнении ковша; Кн

- коэффициент наполнения ковша,						(Vгр – действительный объем
грунта в ковше).
Обозначив			и подставив в формулу (10)				получим
			(	)			(11)
где Vпр – объем призмы волочения, для начальной стадии резания Vпр =
0,1·q для конечной стадии резания				Vпр = 0,7·q.

Виды стружек.

В зависимости от того какой грунт выбран в качестве рабочей среды. При его разработке сила сопротивления резанию будет принимать

19

различные значения, которые можно описать в виде графика функции. В разделе 8 будет описана процедура задания силы сопротивления резания в виде графика.

Рис. 17 Стружкообразование:

а- по Н.Г. Домбровскому; б – по Ю.А. Ветрову; 1- связные пластические грунты; 2- малосвязные грунты; 3- крепкие грунты; 4 – «сливная стружка»; 5 – ступенчатая стружка; 6 – элементная стружка; 7 - стружка отрыва.

Рис. 18 Колебания силы резания при стружках:

а – сливной; б – ступенчатой; в - элементной; г – отрыва.

20