Расчет экскаватора-планировщика

 

 

 

 

 

ГИДРОСИСТЕМА ЭКСКАВАТОРА

 
    Применение высококачественных комплектующих (гидромоторы, РВД, фитинги, штуцеры и пр.) производства ведущих производителей Германии, Италии позволило увеличить давление до 28 МПа, и в свою очередь дало возможность в полной мере реализовать усилие на рабочем оборудовании. 
    Вся комплектующая продукция подвергается жесткому входному контролю качества. На специальном 
диагностическом стенде проверяется настройка и регулировка всей гидроаппаратуры. 
    Контроль над состоянием рабочей жидкости в гидросистеме осуществляется при помощи приборов на панели управления. Дополнительно экскаватор комплектуется набором приборов для диагностики гидросистемы экскаватора в условиях эксплуатации. 
    Конструкция экскаваторной установки предусматривает свободный доступ к гидравлическим агрегатам и местам подключения диагностической аппаратуры, что обеспечивает беспрепятственное обслуживание техники.

 

 

Таблица 2.3 Параметры  силовой гидросистемы

 

ПАРАМЕТРЫ	АНТЕЙ
Два аксиально-поршневых насоса переменной производительности (регулируемые)	"Пневмостроймашина"
Максимальная подача насоса	2 х 110 л/мин.
Максимальное давление в гидросистеме	28 МПа
Система маслоохлаждения	шестеренчатый насос НШ10
Основные гидрораспределители	два гидрораспределителя "Walvoil"
Механизм поворота платфомы	нерегулируемый аксиально-поршневой гидромотор "Пневмостроймашина"
Механизм ротации ковша	два планетарных гидромотора
Гидроцилиндры с демпферами	"HidronicaDee"
Система очистки рабочей жидкости	фильтр сливной "Parker" с электрическим  индикатором загрязненности фильтра, и фильтр магнитный
Гидрозамки на стреловые гидроцилиндры	под заказ

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.4 Параметры  гидросистемы управления

 

ПАРАМЕТРЫ	АНТЕЙ
Насос системы управления	нерегулируемый аксиально-поршневой  насос "Пневмостроймашина"
Максимальная подача насоса	26 л/мин.
Давление управления	3,5 МПа
Блок распределителей с электроуправлением выдвижными опорами	"Гидроаппарат"

 

КАБИНА ОПЕРАТОРА ЭКСКАВАТОРА

 
    Кабина оператора экскаватора  изготовлена из стеклопластика, в который заформован в металлический каркас. Такая конструкция отличается повышенной прочностью и гарантирует безопасность оператора. 
    Кабина оператора имеет:

• каркас, не требующий покраски;
• высокую прочность при малом весе;
• антикоррозийную стойкость;
• низкую теплопроводимость;
• стекла «триплекс»;
• удобный доступ к местам обслуживания основных узлов установки.

 

Прочная и просторная кабина экскаватора рассчитана на максимально  комфортную работу оператора.

 
РАБОЧЕЕ МЕСТО ОПЕРАТОРА

 
    Проектируя рабочее место, технологи и конструкторы старались сделать его максимально «дружелюбным» по отношению к оператору. Рабочее место оператора оснащено:

• электроподогревом, откидывающимися подлокотниками,  5-ю регулировками спинки и сиденья в различных плоскостях;
• джойстиками «Bosсh-Rexroth»;
• открываемым лобовым стеклом;
• шумопоглощающей и виброзащитной обивкой;

• двухрежимной печью, работающей от системы охлаждения установки;
• солнцезащитным козырьком.

 

    Комфортабельность  рабочего места  оператора, легкость в управлении, хорошая обзорность рабочей площадки – все это способствует повышению производительности труда оператора.

 

БЛОКИ И ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ

  
    Управление экскаваторной установкой осуществляется при помощи гидравлических блоков сервоуправления (джойстиков) «Bosch-Rexroth», которые обеспечивают ювелирную точность операций и снижают утомляемость оператора. Это значительно облегчает труд оператора и повышает суммарную производительность выполняемых работ. 
    На приборную панель управления вынесены все необходимые измерительные приборы и индикаторы, позволяющие оперативно контролировать параметры работы экскаватора:

• обороты двигателя (тахометр);
• давление масла в двигателе;
• температуру охлаждающей жидкости;
• заряд АКБ;
• уровень топлива;
• давление в сервосистеме;
• температуру рабочей жидкости в гидробаке;
• счетчик времени наработки.

 

3. Расчетная часть

 

В состав расчета входит: выбор  исходных параметров для расчета  экскаватора и определение его  размеров и масс, определение главной  рабочей нагрузки, расчет главных  рабочих механизмов, поворотного механизма и ходового оборудования, статический расчет.

В начале, исходя из выбранного прототипа, зададимся некоторыми параметрами, которые в дальнейшем пригодятся нам для расчета.

 

Вес ковша, G_к – 440 кг;

Максимальный угол поднятия рабочего оборудования – 30⁰;

Максимальный угол опускания рабочего оборудования – 60⁰;

Максимальный угол поворота платформы  – 320⁰;

Время поворота платформы на максимальный угол – 7 сек;

 

Удельное сопротивление грунта резанию, K₁ – 0,1*10⁶ Н/м²;

Толщина срезаемой стружки, h – 0,15 м;

Коэффициент разрыхление  грунта, k_p – 1,2;

Коэффициент наполнения грунта, k_н – 0,8;

 

 

 

3.1 Расчет масс механизмов экскаватора

 

Для дальнейшего расчета  нем необходимо узнать массы следующих  частей экскаватора: массу выдвижной рукояти, массу стрелы и массу пригруза платформы.

Для расчета массы  рукояти используем тот факт, что  она выполнена из

металла прямоугольного сечения - полым.

 

Для подсчета веса рукояти надо обьем  всего металла умножить на его  плотность и на g=9,8 м/с²:

Для расчета веса стрелы используем тот же факт что и при  расчете рукояти,

Только с соответствующими габаритными размерами стрелы:

Рисунок 3.1 – Сечение  стрелы

 

Получившееся значение объема умножим на плотность что бы получить массу:

 

 

Для подсчета массы задней части поворотной платформы (пригруза), составим уравнение равновесия всех сил относительно оси вращение платформы, причем рукоять находится в максимально выдвинутом положении. И согласно этому уравнению момент от силы пригруза должен равняться моменту от всех сил с другой стороны без установленных опор на базовой машине и вся система должна находится в равновесии.

 

 

 

 

3.2 Расчет главной рабочей нагрузки

 

Главной рабочей нагрузкой  экскаватора является сила сопротивления  копанию.

Для работы с заданной производительностью экскаватор должен преодолевать сопротивления резанию расчетного по крепости грунта, перемещение грунта в ковше и заполнения ковша.

Для начала посчитаем  сопротивления резания расчетного по крепости грунта.

Рисунок 3.2 – Расчётная схема  для определения силы сопротивления  резанию

 

5.2.1. Расчет сил сопротивления резанию грунта посчитаем методом Н.Г. Домбровского:

 

 

 

 

где W₁ – расчетное усилие резания; К₁ – удельное сопротивление грунта резанию, кПа; b – ширина захвата, принимается равной ширине ковша, м; h – глубина снимаемой стружки, м;

Подставив в формулу значения - получим:

 

 

5.2.2. Подсчитаем сопротивление от перемещения грунта в ковше по формуле:

 

 

где W₂ – расчетное усилие от перемещения грунта по ковшу; G_ПР – масса призмы волочения, кг; γ₁ – коэффициент трение грунта о металл; δ – угол резания;

 

 

 

 

где H – высота ковша, γ_об – объемная масса грунта;k_p – коэффициент разрыхления;

 

 

5.2.3. Сила сопротивления  копанию будет равна:

 

 

 

3.3 Расчет главных рабочих механизмов

 

В данном расчете будут  произведены подсчеты усилия гидроцилиндра телескопического экскаватора в трех положениях для двух механизмов (рукояти и стрелы).

 

 

 

 

Усилие на выдвижение рукояти:

 

-положение а) –  стрела и рукоять находятся параллельно земле:

Рисунок- 3.3 – Расположение сил при вертикальном расположении рукояти.

Составим уравнение  реакции всех сил вокруг центра вращения колоны:

 

Где F_B – сила выдвижения рукояти, кН; G_P – вес рукояти, кН; G_К+Г – вес ковша и груза в нем, кН; H, l_P, l_К+Г – плечи соответственно силы выдвижения, веса рукояти и веса ковша с грузом.

 

 

-положение б) – рукоять находится  под углом в 30⁰ относительно горизонтальной линии:

 

Напишем сумму всех сил на ось  Y:

Рисунок 3.4 – Схема расположения сил во втором положении рукояти.

 

-положение в) –  рукоять находится под углом  в 60⁰ вниз относительно линии горизонта:

Напишем сумму проекций всех сил на ось Y:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.5 – Расположение сил

 

 

 

Усилие поднятия стрелы:

-положение а) – стрела и  рукоять находятся параллельно  земле:

 

Рисунок 3.6 – Расположение сил при первом положении.

Составим уравнение  моментов относительно точки, находящейся  в центре тяжести стрелы:

 

Из данного выражения  посчитаем силу необходимую на поднятие рабочего оборудования:

 

-положение б) -  стрела  наклонена на угол в 30⁰ вверх относительно уровня земли:

Рисунок 3.7 – Расположение сил действующих в данном положении.

Напишем уравнение равновесия данной системы, составив сумму проекций всех сил на ось Y:

 

 

-положение в) –  стрела и рукоять наклонены  вниз под углом 60⁰ к горизонту:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.8 – Расположение всех сил в данном положение.

Запишем сумму проекций всех сил на ось Y:

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Расчет поворотного механизма

 

Главный образом расчет поворотного механизма заключается  в определении мощности поворотного  движения экскаватора. По ней подбирается двигатель (или двигатели) механизма поворота многодвигательных машин или проверяется достаточность мощности ранее подобранного двигателя.

Для данного расчета  необходима знать угол поворота платформы  экскаватора, время поворота на полный угол, момент инерции поворотной части экскаватора.

Рисунок 3.9 - Расположение сил рабочего оборудования и пригруза

 

Для расчета мощности необходимого двигателя посчитаем  моменты инерции всех механизмов находящихся на поворотной платформе:

 

После подсчетов сил  инерции всех механизмов переходим  к расчету необходимой мощности двигателя:

где N_дв – потребная мощность двигателя, кВт; I_i – момент инерции механизма, т*м; α_п – максимальный угол поворота платформы; t_п – время поворота на максимальный угол, с; η_п – кпд передач;

 

 

 

 

3.5 Тяговый расчет

 

Данный расчет необходим  для определения наибольшего  тягового усилия и требуемой мощности двигателя, необходимого для перемещения  машины:

-Сопротивление на перемещение машины

 

-Мощность двигателя  необходимого для перемещения  машины:

 

3.6 Статический расчет

 

Общей целью статического расчете является определение условий  устойчивости экскаватора во всех возможных случаях его эксплуатации. Устойчивость достигается соответствующим сочетание масс механизмов и расположением.