Модернизация гидропривода экскаватора IV размерной группы

 

Н;

 

при установившемся движении передним ходом

 

Н;

Движение на подъем

 

Сопротивление подъему  при движении:

  уклон 5^о

 

Н;

 

уклон 20^о

 

Н.

 

Необходимое тяговое усилие при  движении задним ходом при трогании с места:

уклон 5^о

 

 

Н;

 

уклон 5^о

 

 

Н.

 

 Движение при повороте

Сопротивление повороту

 

,

 

где М_с – момент сопротивления повороту r – радиус разворота рисунок 2.3

Момент сопротивления развороту

 

Н·м

 

где μ – коэффициент сопротивления  аовороту:

 

=

 

(μ_max = 0.8; а – постоянный коэффициент, принимаемый а = 0,85; r₂ = d + b = 0.58 + 1.77 = 3.35 м; В = 2,35 м); L_ср = 3 м.

Подставив значения величин, получаем:

 

Н.

 

Необходимое тяговое усилие:

для поворота при переднем ходе

 

 

 

Н

 

для поворота при заднем ходе

 

Н.

 

 

 

 

Тяговое усилие гидромотора

Тяговое усилие гидромотора:

Н,

 

где М_2м = 255 Н·м – максимальный крутящий момент ходового механизма; И_х = 130,8 – передаточное число редуктора привода ходового механизма; η = 0,9 – КПД привода ходового механизма.

Из расчета видно, что S_{т. пов} < S_{т. дв}. Следовательно разворот вокруг застопоренной гусеницы осуществим.

 

Тяговое усилие, необходимое  для определения сцепления гусеничных лент с грунтом

 

 Тяговое усилие

 

S_{т. сц} = 0,5·φ·G_э = 0,5·0,9·205800 = 92610 Н,

 

где φ – коэффициент сцепления  с грунтом для влажной стерни φ = 0,9.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Расчет устойчивости

 

Рассмотрим устойчивость в следующих  случаях.

Первый случай. Экскаватор стоит на горизонтальной площадке. Рабочее оборудование расположено поперек гусениц. Ковш наполнен грунтом коэффициент наполнения К_н = 1,35. Производится резание грунта 5-й категории при выходе ковша из забоя.

Действующие силы: собственный  вес, вес грунта в ковше, и усилие на зубьях ковша. При этом коэффициент  устойчивости должен быть [К_у] ≥ 1,15.

Второй случай. Вращение экскаватора на наклонной площадке с углом наклона α = 5^о в сторону рабочего оборудования. Ковш вместимостью 0,65 м³с грунтом находящемся на наибольшем вылете . Действующие силы: собственный вес, вес грунта в ковше, центробежные силы [К_у] ≥ 1,1.

Третий случай. Движение на косогоре при α = 15^о.

Действующие силы: собственный  вес и ветер поперек косогора [К_у] ≥ 1,15.

Четвертый случай. Экскаватор без рабочего оборудования на наклонной площадке при  α = 12^о хвостовой частью под уклон. Действует собственный вес. [К_у] ≥ 1,15.

 

Определение усилий резания

 

Касательная составляющая реакции  грунта копанию:

 

Р₀₁ = Р_01р + Р_01н + Р_01т,

 

где Р₀₁ – составляющая от резания грунта; Р_01н – составляющая от наполнения ковша; Р_01т – составляющая от трения ковша о грунт.

Нормальная составляющая реакция грунта от копания:

 

Р₀₂ = σ·y·n·b_p·g,

 

где σ = 12,5 максимальный предел прочности  грунта при смятии; у = 3 см проекция контура износа режущей кромки на касательную траектории резания; n = 5 – число зубьев ковша b_p = 8 см ширина зуба ковша.

Составляющая от резания  грунта:

 

Р_01р = [τ·h_c·(B_к + h_c)·(0.55 + 0,015·α) + σ·(z·n·b_p +μ·y·n·b_p)]·g,

Где τ = 1,25 максимальный предел прочности грунта при срезе; h_c – толщина срезаемой стружки;  B_к = 1,2 м – ширина ковша; α = 49˚ передний угол резания; z = 0,8 см проекция износа режущей кромки на нормаль к траектории; μ= 0,5 коэффициент трения стали о грунт; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Толщина срезаемой стружки определяем, исходя из условия наполнения ковша  на 135% при коэффициент разрыхления К_р = 1,35. наполнение ковша происходит при полном повороте ковша на 152˚ (рис. 2.4).

Объем грунта в ковше 

 

 

 

,

 

 

где R, h_с – см. рисунок 2.4; К_н = 1,35 коэффициент наполнения ковша. Решив уравнение получим h_с = 0.15 м = 15 см.

 

Р_01р = [1,25·0,15·(1,2 + 0,15)·(0,55 + 0,015·49) + 12,5·(0,6·5·8 +0,5·3·5·8)]·9,81 =

=11775 Н.

 Рисунок 2.4. Схема снятия стружки  при повороте ковша

Составляющая от наполнения ковша 

 

,

 

где Н_н = 0,6 м высота наполнения ковша; σ = 2,0 т/м³ плотность грунта в плотном теле; φ_i – угол между двумя соседними положениями траектории копания (см. рис. 2.2); = 1,0 коэффициент трения грунта о грунт;

 

.

 

После подстановки расчетных  величин получим:

 

.

 

Примем φ_i = 90˚. Тогда cos φ_i = 0 и Р_01н = 0.

Составляющую Р_01т не учитываем ввиду ее малого значения. Тогда касательная составляющая реакции грунта копанию:

 

Р₀₁ = Р_01р = 11775 Н.

 

Нормальная составляющая реакции грунта копанию:

 

Р₀₂ = 12,5·3·5·8·9,81 = 14715 Н.

 

 

 

 

 

Первый случай.

 

Расчетная схема приведена на рисунке 2.5

Коэффициент устойчивости:

 

,

 

где ∑М_уд – сумма удерживающих моментов; ∑М_опр – сумма опрокидывающих моментов.

Сумма удерживающих моментов:

 

∑М_уд = m_п·g·(r_п + b) + m_т·g·b = 8000·9,81·2,43 + +6000·9,81·1,14=238500Н·м

 

где m_п – масса поворотной платформы; g – ускорение свободного падения; m_т – масса ходовой тележки.

Сумма опрокидывающих моментов:

 

∑М_опр = m_с·g·r_с + m_цс·g·r_цс + m_р·g·r_р + m_цр·g·r_цр + m_цк·g·r_цк + m_кг·g·r_кг +

+ Р₀₁·r₀₁ ,

 

где m – массы соответствующих частей рабочего оборудования; r – плечи соответствующих масс, определенные геометрически; r_с = 2,037 м; r_цс =

=0,877 м; r_р = 4,765 м; r_цр= 4,18; r_цк = 4,154 м; r_кг = 2,289 м; r₀₁ = 1,42 м; m_кг – масса ковша с грузом:

 

m_кг = m_к + ρ·q·

кг.

 

Подставим значение получим:

 

∑М_опр = 1725·9,81·2,037 + 243·9,81·0,877 + 540·9,81·4,765 + +260·9,81·4,175 + 201·9,81·4,154 + 1970·9,81·2,289 +

+ 58884·1,42 = 163800 Н·м,

 

Коэффициент устойчивости:

 

.

 

В рассмотренном случае касательное усилие Р₀₁ = 238500 Н; реализуется устойчивость.

 

Второй случай.

 

Расчетная схема приведена  на рисунке 2.6

Рисунок 2.6. Расчетная схема для  второго случая

 

Для расчета коэффициента устойчивости опредиляем удерживающий момент:

 

.

 

Статический удерживающий момент от веса экскаватора без рабочего оборудования:

 

М_уд.с = m_п·r_п + m_т·r_п = 9,81·(2,3·8000 + 1,09·6000) = 244661 Н·м.

Динамический удерживающий момент от центробежных сил инерции поворотной платформы:

 

М_{уд. д.} = m_п·ω²·r_п·h_п = 9000·0,63²·2,3·1,32 = 10844 Н·м,

 

где ω = 0,63 рад/с – угловая  скорость поворотной платформы.

Опракидывающий момент:

 

ΣМ_опр = М_{р. о. с.} + ΣМ_{р. с. д.},

 

где М_{р. о. с.} – статический опрокидывающий момент от веса рабочего оборудования с грунтом; ΣМ_{р. с. д.} – сумма динамических опрокидывающих моментов от центробежных сил инерции элементов рабочего оборудования.

Статичнский опрокидывающий момен:

 

М_{р. о. с} = m_с·g·r_c + m_{ц. с.}·g·r_{ц. с.} + m_{ц. р.}·g·r_{ц. р} +

M_{ц. к.}·g·r_{ц. к} + m_р.·g·r_р + m_{к. г.}·g·r_{к. г.} + =

= 9,81·(243·0,618 + 1725·1,701 + 260·4,039 + 1970·6,713 + 550·5,408 + +201·4,156) = 225746 Н·м,

 

где r_i, h_i определены графически.

Опрокидывающие динамические моменты от ценобежных сил инерции  элементов рабочего оборудования с  равномерно распредиленными по их длинне массами:

 

,

 

где x₁, y₁, x₂, y₂ показаны на рисунке 2.7.

 Опрокидывающий момент от центробежных сил инерции:

Нижней части стрелы:

 

Н·м

= 206 Н·м;

 

верхней части стрелы:

 

= 460 Н·м;

 

цилиндров стрелы

 

 

= 47 Н·м;

рукояти

 

 

= 580 Н·м;

 

цилиндров рукояти

 

 

= 340 Н·м;

цилиндра ковша

 

= 240 Н·м;

Опрокидывающий динамически момент от центробежных сил инерции ковша с грунтом

 

М_{к. г. д.} = m_{к. г.}·ω²·r_{к. г.}·h_{к. г.} = 1970·0,62²·6,713·1,864 = 11443 Н·м

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет объема  воздуха удаляемого из бака.

 

Разряжение необходимое для  наиболее лучшего выделения воздуха из жидкости (0,13…0,42)·Р_атм, где Р_атм = 10⁵ Па – атмосферное давление.

Рассчитаем объем воздуха  выкачиваемого из бака необходимого для достижения разряжения 0,13·Р_атм. Для этого воспользуемся законом Менделеева – Клапейрона:

 

,

 

где P – давление; V – объем; m – масса воздуха в данном объеме; М = =0290кг/кмоль – молярная масса воздуха; R = 8,31·10³ Дж/(кмоль·К) – универсальная газовая постоянная; Т – температура воздуха в баке.

 

 

 

 

 

,

 

где m₁, m₂ – массы воздуха соответственно до и после разряжения.

 

m₁ = ρ_в·V_в,

 

где ρ_в = 1,29 кг/м³ – плотность воздуха в нормальных условиях; V_в = 160 л – –2объем воздуха в верхней части бака до создания разряжения. Подставив данные величины получим:

 

m₁ = 1,29·0,160 = 0,2064 кг,

 

от сюда находим m₂:

 

m₂ = 0,13·0,2064 =0,027 кг

 

V₁ =  V_в – m₂/ρ_в = 0,160 – 0,027/1,29 =0,139 м³ = 139 л.

 

Для разряжения 0,42·Р_атм Объем выкачиваемого воздуха рассчитывается аналогично и составляет V₂ = 93 л. В среднем получим V_ср = 116 л.

Рассчитаем в среднем количество оборотов турбины необходимого для достижения разряжения:

 

,

 

где n_ср – среднее количество оборотов турбины; V_ср – средний выкачиваемый объем воздуха;  V_ц – объем полости цилиндра который рассчитаем по формуле:

 

V_ц = L²·r·π,

 

где L = 15 мм = 0,015 м – ход поршня; r = 13 мм = 0,013 м радиус внутренней полости цилиндра; π = 3,14. Подставив значения получим:

 

V_ц = 0,015²·0,013·3,14 = 9,2·10^-6 м³ = 0,0092 л

 

От сюда найдем n_ср:

 

 

 

 

 

 

 

Список используемых источников

 

1. Анурьев В. И. Справочник  конструктора-машиностроителя: В  3-х т. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1979. – 728 с., ил.

2. Савельев И. В. Общий курс  физики: В 2-х томах Т. 1. – М:  Наука, 1977. – 658 с., ил.

3. Болтыхов В. П.  Гидравлический экскаватор ЭО 5124. – М: Машиностроение, 1991. – 256 с., ил.

4. Гаврилов И. И.  Гидравлический экскаватор ЭО 4121. – М: Машиностроение, 1980. – 232 с., ил.